Как устроен гибридный автомобиль

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:

1. Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
2. Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
3. Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
4. Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.

Отрицательные стороны последовательной схемы:

1. На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
2. 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

Как работает гибридный двигатель?

Приветствую вас, многоуважаемые читатели моего блога и подписчики! В сегодняшней статье я решил рассказать вам, как работает гибридный двигатель . Далеко не секрет, насколько развились технологии и эту пятилетнюю новинку надо раскрыть до конца, ну, ладно, поехали!

Современные автомобили используют сегодня специальный агрегат, позволяющий им уверенно и быстро двигаться вперед – это сердце автомобиля, носящие название двигатель. Абсолютно все водители и люди, далекие от управления любыми видами автотранспорта, знают, что современные моторы используют в качестве основного топлива продукты переработки нефти. Именно поэтому к двигателям предъявляются не просто высокие требования, они с каждым годом становятся все строже и строже, заставляя производителей и инженеров, в буквальном смысле, творить чудеса. Не удивительно, что двигатели постепенно совершенствуются – сегодня появились модели, не требующие углеводородов вообще, или работающие на сниженном их количестве.

Решению эковопроса способствует установка мотора, использующего электричество или новое изобретение – гибридный двигатель. Последний набирает популярность и становится основным для многих производителей. По сути, это не что иное, как гибрид между привычным, работающим на нефти, и электродвигателем. Гибридный вариант оказался, по своей технической составляющей, намного лучше и производительней, чем электровариант, так как к последнему имеется ряд нареканий, в том числе недостаточное количество мест для дозаправки мощностей. Кроме того, что, естественно, очень важно для водителей – это дальность поездки, которую можно совершить на одном полном заряде двигателя. Электрический и здесь проигрывает по показателям.

Максимальное расстояние, которое сегодня может позволить себе обладатель такого двигателя, составляет не многим более 150 км. Конечно же, у подобного «сердца» машины имеются и весомые плюсы, так к ним относится высокая производительность, отсутствие каких-либо вредных для экологии выбросов, большой, по сравнению с другими вариантами, крутящий момент. Также к достоинствам, делающим выбор двигателя на электричестве оправданным, является тот факт, что он не требует постоянной топливной подпитки. Гибридный двигатель удачно совместил в себе все достоинства и не перенял недостатков обоих видов моторов, что дает пользователю шанс получить так необходимую экономичность, высокую экологичность и, естественно, одновременно с выше обозначенным, неплохие динамические показатели во время езды.

Работа гибридного двигателя?

Способ работы, он же, и секрет успеха, состоит в том, что каждая из составных частей системы, выполняет действия взаимовыгодные для каждой из них. Двигатель типа ВС выполняет работу по запуску генератора и позволяет получать энергию электрическому мотору, который обеспечивает стабильный режим и отсутствие перегрузок в процессе работы. Дополнительно гибридные двигатели могут быть оснащены спецсистемой, позволяющей экономить энергию. Необычная для большинства установленных моторов, система гибрида позволяет ему подзаряжаться даже во время торможения, что очень полезно с точки зрения километража пробега на одной только «заправке». Теперь водитель сможет получать от движения по городу ощутимую для себя пользу.

Гибридные двигатели различаются между собой и предстают перед покупателями, как умеренные, полные или plug-in варианты.

В «умеренных» гибридного типа моторах, постоянно работает мотор ВС, а электромотор включается исключительно для подачи дополнительной энергии в нужный для этого момент. Автомобиль с гибридом полного типа, имеет возможность совершать движение, используя исключительно электротягу, совсем не тратя топливо. Вариант Plug-in, также может двигаться исключительно на электричестве, но, что весьма удобно, имеет возможность заряжаться от обычной розетки, что дает возможность раскрыть все преимущества этого варианта моторов, исключив тем самым проявления недостатков электродвигателей.

Схемы взаимодействия ДВС и электрического мотора.

Выбирая вариант использования гибрида в качестве двигателя для своего авто, важно не забывать о том, что у компаний имеется неординарная точка зрения на инженерную составляющую создания этого типа моторов. Автомашины, в большей степени, оборудуются во славу современным технологиям, гибридными двигателями, являющимися одним целым механизмом, соединяющим в себе работу электрической и топливной схем. Различают несколько типов — схем, таких как, параллельную, последовательную, а также третий вид, собравший в себе все признаки из предыдущих последовательно-параллельный тип. Каждая из них схема имеет свои особенности работы, а также плюсы и недостатки, на которые следует обратить внимание перед приобретением.

Схема последовательная — является самой простой и легкой, крутящий момент от двигателя на топливе передается генератору, вырабатывающему чистое электричество и эффективно, безопасно заряжает, благодаря этому, установленные в системе аккумуляторы. Автомобиль современного типа, в большинстве случаев, при выше озвученной схеме, движется непосредственно на электротяге. Кроме всего прочего, для зарядки используется специальная система, перерабатывающая энергию движения, которую обычно называют кинетической.

К достоинствам такой схемы можно отнести следующее:

• максимально возможное в этом типе механизма КПД;
• обороты стабильные и неизменные;
• экономия топлива;
• можно не устанавливать КП и сцепление;
• движение, как с включенным, так и с выключенным двигателем ВС.

Минусы подобной системы также имеются:

• собственно, энергия утрачивает некоторое свое количество в процессе преобразования;
• аккумулятор стоит не дешево, его вес большой;

Вместе с тем, последовательная схема является наиболее оптимальной для городского движения и «пробок».

Параллельная схема – ее принцип работы отличается от последовательной кардинально. Задействуют, и двигатель на обычном топливе, и электрический помощник, причем, он должен уметь выполнять роль еще и генератора. Такой электродвигатель называется обратимым. Их совместная работа производится под руководством компьютерной системы. Блок управления учитывает энергию, вырабатываемую в каждом из типов езды, что позволяет экономить ресурсы. Основную и самую тяжелую для системы в целом работу проделывает двигатель ВС, но электрический мотор, как задумано производителями, подключается только в том случае, когда крайне необходима повышенная или допмощность, а также при резком торможении.

• нет особой нужды в аккумуляторной батареи повышенной или большой емкости;
• потери имеющейся энергии практически незаметные.

Минусы схемы, которые выявлены в процессе эксплуатации:

• совсем не велика, по сравнению с другими гибридами, топливная экономичность;
• низкая, в сравнении с предыдущим вариантом, эффективность в городе.

Таким образом, этот двигатель идеален для водителей, часто использующих трассы не городского типа.

Последовательно-параллельная схема, как понятно из названия, является совмещением двух первых технологий, то есть, по сути – это гибрид. В ее технологию разработчики добавили дополнительный генератор, а также делитель мощности. Благодаря такому находчивому подходу, автомобиль, в самом начале движения и на малых скоростях, задействует исключительно электрическую тягу, топливный двигатель в этом процессе лишь отвечает за работу генератора. На возрастающих и стабильно высоких скоростях, крутящий момент на основные колеса передается, в том числе, и от двигателя на обычном топливе. При повышенных нагрузках, когда один только генератор не может в полной мере обеспечить требуемое количество тока, электромотор получает дополнительное питание непосредственно от аккумулятора, то есть задействует параллельная схема работы.

Положительной стороной использования гибрида на подобной совмещенной схеме является тот факт, что основная работа выполняется генератором, а ресурсы аккумулятора задействуют незначительно, например, в момент торможения. Делитель мощности или по-другому, планерный механизм, крутящий момент в некотором количестве поступает, и на колеса, и на генератор, а также позволяет подпитывать батарею. Электронный блок, в свою очередь, беспрерывно регулирует подачу мощности, как из одного, так и из другого источника. Также, плюсом считается бесспорная экономичность, которая в этой схеме — самая высокая. Естественно, что экологические показатели также значительно выше, чем у двух предыдущих топов.

Минусы системы, к сожалению, также присутствуют:

• сложная конструкция;
• емкая аккумуляторная батарея;
• сложный, в техническом плане, электронный блок управления.

Таким образом, каждый из представленных гибридных двигателей имеет свои положительные качества, которые позволяют выбрать самый оптимальный, для условий проживания, вариант.

На этом я позволю себе закончить сегодняшнюю статью о том, как работает гибридный двигатель, думаю, что все было понятно и ясно, желаю вам удачи на дорогах! До новых встреч

Поддержи канал лайком и подпиской если тебе не трудно

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5cecdd72740ccd00b3326f2c/kak-rabotaet-gibridnyi-dvigatel-5d146e37ff8b5a00b16e4f3a