Устройство и схема гибридных двигателей в машинах

Как бы ни казалось странным, но автомобили с гибридным двигателем это не новое изобретение. Первым шагом в направлении стало создание гибридных транспортных средств в 1665, когда Фердинанд Verbiest начал работать над постройкой простого четырех колесного транспорта, которые смогли бы работать на силе пара или на конной тяге.

Автомобиль с ДВС и электродвигателем

Немного истории

Одни из первых машин с гибридными моторами появились на рубеже XIX—XX-го веков. Кроме того некоторым конструкторам представился шанс перейти от проектов к мелкосерийному производству.

Первыми автомобилями с оригинальным конструкторским решением были французские модели.

В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques, выпустила с конвейера партию электромобилей и машин, на которых были установлены гибридные двигатели. Через 3 года после этого General Electric создал гибридный автомобиль, оборудованный бензиновым мотором на 4 цилиндра. А с конвейера Walker Vehicle Company of Chicago гибридные грузовики снимались вплоть до 1940 года.

Один из первых гибридных автомобилей Buick Skylark

Естественно, все это были лишь прототипы. Однако нынешняя острая нехватка нефти и экономический кризис подстегнули идею производства гибридных двигателей. А сейчас давайте тщательно разберемся, что это за гибридный двигатель и чем он полезен?

Что это такое

Гибридный двигатель — это система из электрического и бензинового моторов. Во время работы могут действовать и бензиновый и электрический, как вместе, так и по отдельности. Этот процесс контролирует мощный компьютер, который запускает тот мотор, что сейчас должен работать. Таким образом, при поездке по трассам запускается бензиновый двигатель, так как аккумулятора в таком темпе надолго не хватит.

Если гибридный автомобиль двигается в городе, то здесь используется электродвигатель, а на подъеме или при большой нагрузке работают оба. Пока действует бензиновый двигатель, аккумулятор постепенно заряжается. Такой мотор даже с приоритетом использования бензинового двигателя, сокращает вредные выбросы в атмосферу не меньше чем на 90%, а так же ощутимо снижает потребление бензина во время езды по городу. Что и определяет основные преимущества гибридного двигателя перед обычными авто. На трассе включен только бензиновый двигатель, поэтому там сберечь топливо не удается.

Последовательная схема гибридного автомобиля

В такой схеме машина запускается от электромотора. ДВС связан с генератором, который подпитывает электродвигатель и питает аккумуляторную батарею.

Последовательная схема

Гибридный автомобиль с последовательной схемой силовой установки (Plug-inHybrid), обычно, производятся с возможностью подключения к электросети по завершению поездки. Выполнение этой функции подразумевает использование аккумуляторов с большей энергоемкостью, это сокращает использование двигателя внутреннего сгорания и соответственно снижает количество вредных выхлопов.

Представителями Plug-inHybrid приходятся автомобили Chevrolet Volt, Opel Ampera. Они так же называются электромобилями с большим радиусом действия (Extended Range Electric Vehicle, EREV). Эти авто имеют возможность ехать 60 км используя энергию аккумуляторов и 500 км на энергии генератора, который приводит в действие ДВС.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Схема параллельного подключения электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания устанавливается, так что могут работать и вместе и по отдельности. Это происходит за счет соединения ДВС, электромотора и коробки передач при помощи автоматически управляемых муфт.

Гибридные автомобили, работающие на подобной схеме, имеют название MildHybrid.

Такой автомобиль с гибридным двигателем использует электродвигатель маленькой мощности около 20 кВт, который добавляет дополнительную мощность во время ускорения авто.

Параллельная схема

В большей части конструкций электродвигатель располагается между ДВС и коробкой передач, который к тому же выполняет задачу стартера и генератора.

Одни из известных гибридных автомобилей с параллельной схемой это Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid. Инициатором этой области является Honda с системой Integrated Motor Assist, IMA.

Работу системы IMA можно разделить на следующие характерные режимы:

• работа от электромотора;
• общая работа ДВС и электродвигателя;
• работа от двигателя внутреннего сгорания сразу с зарядкой аккумулятора электродвигателем выполняющего функцию генератора;
• подпитка аккумуляторной батареи во время рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

Последовательно-параллельная схема ДВС и электромотора связываются планетарным редуктором. Это одновременно передает мощность каждого из двигателей на ведущие колеса в соотношении от 0 до 100% от обычной мощности.

Последовательно-параллельная схема

Разница параллельной схемы от последовательно-параллельной в том, что на последней установлен генератор, создающий энергию для работы электродвигателя.

Гибриды, имеющие последовательно-параллельную схему, называются FullHybrid.

Известными полными автомобилями с гибридными двигателями являются Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid. В этой части рынка гибридов лидирует компания Toyota имеющая систему Hybrid Synergy Drive, HSD.

Силовая установка системы HSD представляется так:

• ДВС связанный с водилом планетарного редуктора;
• электромотор, присоединенный к коронной шестерне планетарного редуктора;
• солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

Двигатель внутреннего сгорания функционирует по циклу Аткинсона, который выполняет малые показатели мощности на низких оборотах, вследствие чего получается большая экономичность топлива и меньшие вредные выхлопы.

Работа гибридного двигателя

Рассмотрим, как машина трогается. Сначала движение с места и на малых скоростях задействуется только аккумуляторная батарея и электромоторы. Энергия запаса батареи подается в энергетический центр, а он, в свою очередь, отправляет ее к электродвигателям, аккуратно и бесшумно толкающим автомобиль с места. На высокой скорости в работу включается двигатель внутреннего сгорания.

Поэтому часть энергии ДВС переходит в генератор, который питает электродвигатели, а излишки накапливает аккумуляторная батарея, утратившая часть запасов энергии в начале движения. Во время движения в обычном режиме автоматически задействован передний привод, а в оставшихся режимах — полный.

Гибриды особенно хороши в городе

В режиме разгона бензиновый двигатель дает момент на колеса, а электромоторы, если это требуется, увеличивают энергию, дополняя ДВС. Очень интересный момент — это торможение. Компьютер автомобиля сам решает, когда использовать гидравлическую тормозную систему, а в каком случае использовать рекуперативное торможение, склоняясь больше к последнему. В момент нажатия на тормоз он переводит электродвигатели в режим генератора, и те создают тормозной момент на колесах, создавая подпитку для аккумуляторной батареи. Это устройство гибридного автомобиля представляет особую прелесть. В классическом варианте автомобиля эта энергия полностью теряется.

Использование рекуперативного торможения весьма полезно в городских условиях, где необходимо часто останавливаться.

Применение автомобилей с гибридными двигателями

Одним из первых удачных «носителей» гибридного двигателя, который пошел в массовую продажу стал Toyota Prius, имеющий расход топлива 3,2 литра на сотню (по городу). Также был выпущен компанией Toyota внедорожник Lexus RX400h с гибридным мотором. Стоимость такого авто находится в промежутке от 68 до 77 тыс. долларов.

Однако гибридные автомобили хорошо продаются только в Северной Америке (Канада и США). И Америка все же имеет большой спрос на них, потому как до последних лет были весьма популярны машины, которые нещадно потребляли топливо. А так как цены на топливо резко и круто взлетели вверх, американцы задумались об его экономии и для решения проблемы начали производить машины с гибридными двигателями. В Европе на появление гибридных двигателей отнеслись практически безразлично, потому, как там главенствует экономный и более экологичный, чем бензиновый мотор, старый добрый дизель.

В отличие от США более 50% машин Европы используют дизельные двигатели. Да и к тому же дизельные машины дешевле гибридов, гораздо проще и надежнее. Для всех уже не новость, что чем сложнее система, тем она ненадежней! Поэтому из-за своей сложности и требовательности, гибридных автомобилей фактически нет на российских рынках. Официальные дилеры сюда их не везут. И любой водитель такого авто у нас непременно встретит проблему СТО. Увы, у нас их нет, кто мог бы заняться гибридными автомобилями. А самому такую машинку не починить!

О ценах на гибриды

Как всякое новшество, модели автомобилей с гибридными двигателями имеют некоторое отличие в цене от своих традиционных аналогов.

На сегодня гибриды стоят на порядок больше, чем машины с бензиновыми двигателями.

К примеру, гибрид Toyota Camry стоит на $6730 больше такой же модели на бензиновом моторе. Цена гибрида Honda Civic выросла на $4000 от своей классической модели. Новый Lexus GS 450h проявляет великолепную динамику разгона с нуля до сотни всего за 5,9 секунд. А так же GS 450h еще и намного экономичней сравнимых по мощности седанов с моторами V8: расход топлива в смешанном цикле составляет, где то 7,9 л на 100 км. Рекомендованная розничная стоимость Lexus GS 450h в России: $ 78 500.

Хорошая машина стоит соответственно

Стоит отметить, что гибридные моторы не лучший выход, они лишь компромисс между двигателем внутреннего сгорания и электромотором. На мой взгляд, гораздо лучше было бы сразу перейти на электродвигатели. Только, авто производители не желают отказываться от весьма дорогого обслуживания и использования двигателей внутреннего сгорания. Да и компании по добыче нефти слишком сильно заинтересованы в ее продаже нам с вами. Именно поэтому авто компании будут выпускать всяческие гибридные автомобили пока не иссякнут последние источники нефти.

Видео про гибридный автомобиль

httpv://www.youtube.com/watch?v=y3jG8T5TamY

Заключение!

Будет интересно узнать мнение наших читателей, получат ли автомобили с гибридным двигателем широкое распространение. Возможно, им недостает некоторых конструкторских новаций, способных сделать такое авто более популярным. Расскажите об этом в комментариях к этой статье.