Принцип работы гибридного двигателя автомобиля

ДВС

Гибридный двигатель имеет несколько источников питания: бензиновый и электродвигатели. Оба агрегата управляют автомобилем по отдельности или вместе. Было разработано несколько типов гибридных конструкций, в каждом из которых реализовано главное преимущество перед «обычными» двигателями: топливная экономичность. Это означает, что могут быть достигнуты высокие экологические требования при транспортировке.

История гибридных двигателей

Гибридные силовые установки существуют с 19 века. Роберт Андерсон был изобретателем первого гибрида, работающего на электричестве. Однако Генри Пайпер получил патент на систему в 1905 году. Фердинанд Порше работал в том же направлении. Серийными производителями гибридных двигателей выступили французская компания Parisienne des Voitures Electriques, американская General Electric и бельгийская Pieper.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Гибридная технология не получила бурного развития в начале 20 века по нескольким причинам:

  • невыгодно по сравнению с бензиновым двигателем внутреннего сгорания.
  • невысокая стоимость топлива;

К концу 20-го века ужесточение энергетических и экологических стандартов вынудило производителей автомобилей вернуться к разработке эффективных двигателей. Изначально к гонке присоединились VW, Mercedes, GM, Audi, но до массового производства гибридных автомобилей они не дошли, перейдя на другие направления развития. Первым успешным гибридным автомобилем стала Toyota Prius 1997 г. В течение года компания смогла продать 25 000 моделей. Вторым популярным гибридом на рынке был Honda Insight.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Вслед за Prius Toyota запустила в серийное производство модели: Hybrid Harrier, Highlander, Estima Hybrid, Crown, Camry Hybrid, Lexus RX. Среди разработок Honda с гибридной конфигурацией известны Accord Hybrid и Civic Hybrid. Одиночные автомобили можно встретить в Ford, Audi, Mazda, Renault, BMW, Nissan, Hyundai.

Поговорим подробнее о том, что означает гибридный автомобиль. Рассмотрим устройство, принцип работы, каковы плюсы и минусы гибридных установок.

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Принцип работы гибридных двигателей основан на сочетании возможностей двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Бензиновый агрегат развивает максимальный крутящий момент на высоких оборотах, а электродвигатель развивает крутящий момент на низких оборотах. Комбинация установок позволяет исключить из конструкции механизмы преобразования механической энергии, повысить КПД силового агрегата и снизить расход топлива.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Полная конструкция

Автомобиль с гибридным двигателем устроен иначе, чем обычные автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Ниже внизу находятся:

  • установлен электронный блок с инвертором для регулирования и преобразования энергии.
  • аккумуляторная батарея.
  • двигатель внутреннего сгорания;
  • один или несколько электродвигателей;

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Источником энергии гибридного двигателя является двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или дизельном топливе. Мощность, преобразованная генератором, запускает тяговый двигатель и заряжает батареи. Именно от аккумуляторной батареи электродвигатель получает дополнительную мощность, если не хватает мощности генератора.

Инвертор преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в трехфазный переменный ток высокого напряжения. Энергия используется для:

  • мощность на борту.
  • обратное преобразование тока от генератора для подзарядки аккумулятора;
  • управление электродвигателем;

Конструктивно инвертор представляет собой корпус с рядом электронных плат и группами транзисторов.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Общий принцип работы гибридного автомобиля будет рассмотрен далее.

Функционирование двигателя

Режим совместной работы ДВС и электродвигателя зависит от конструкции гибридного силового агрегата и режима движения транспортного средства. Итак, в начале движения бензиновый двигатель запускать не всегда нужно. Автомобиль будет двигаться благодаря работе электродвигателя, питающегося от аккумулятора.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Аккумулятор большой емкости с возможностью внешней зарядки может снизить расход бензина до нуля, если суточный пробег автомобиля невелик.

Электродвигатель держит машину на холостом ходу: при парковке на светофоре временно останавливается. В этот момент двигатель внутреннего сгорания отключается, пока имеется достаточная мощность электрической тяги. Обычно бензиновый двигатель подключается до скорости 60 км / ч. При больших нагрузках, например, для подъема на холм, потребуется вдвое больше усилий от обоих агрегатов. В этом режиме машина сможет проехать более 500 км.

Характерна работа гибридного двигателя при торможении. Тормозная система семейного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания преобразует кинетическую энергию в тепловую, рассеивая ее в воздухе. Гибриды оснащены системой восстановления, например. Возвращение. Во время замедления электродвигатель переключается в режим генератора, подавая электроэнергию на аккумулятор.

Типы гибридных агрегатов

Гибридные двигатели различаются по типу применения и компоновке. По первому критерию гибриды делятся на микрогибриды, умеренные гибриды и полные гибриды. Подробнее об этом мы поговорим ниже.

Использование различных компоновочных систем гибридных двигателей отражает уровень развития гибридизации, суть которой заключается в стремлении производителей превратить автомобиль в альтернативный источник энергии. Наиболее прогрессивными в плане развития являются Toyota, BMW, Hyundai, Volvo.

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Конструктивная схема гибридного двигателя выбирается исходя из конструктивных особенностей автомобиля: требуемой мощности, ускорения, расхода топлива и др. существуют последовательные, параллельные и комбинированные схемы.

Последовательная схема

Система гибридного автомобиля с последовательной компоновкой была изобретена Порше в 1899 году. Схема включает двигатель внутреннего сгорания с генератором, тяговым двигателем и аккумуляторами. В этой схеме двигатель внутреннего сгорания запускает генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую, питающую электродвигатель. В свою очередь электродвигатель воздействует на ведущие колеса, приводя машину в движение.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Большая емкость аккумуляторов позволяет автомобилю в некоторых режимах работать только на электричестве при выключенном двигателе. Батареи заряжаются генератором, когда потребляемая мощность электродвигателя низка, например, во время измеряемого движения. Однако в режиме ускорения мощности генератора может быть недостаточно, и поэтому недостаток энергии компенсируется аккумулятором.

Последовательная схема гибридного двигателя хороша тем, что емкая батарея позволяет устанавливать ДВС меньшего размера и небольшого веса. Более простая конструкция потребляет меньше топлива и требует меньшего обслуживания.

Электродвигатель вращается в любом направлении, что упрощает конструкцию автомобиля за счет снятия сцепления и коробки передач. А при установке электродвигателей с шестерней в ведущие колеса можно обойтись без дифференциала. Похожая картина наблюдается на карьерных самосвалах БелАЗ и городских автобусах ЗИЛ. В легковых автомобилях встречается редко.

Параллельная схема

Гибридные двигатели с параллельной системой могут приводить автомобиль в движение двигателем внутреннего сгорания, тяговым двигателем или их совместной работой. Часто вместо маховика устанавливается электродвигатель, который использует электродвигатель в качестве генератора и стартер для запуска и остановки транспортного средства. Аккумуляторы заряжаются во время рекуперативного торможения.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Параллельная схема подходит для маломощных транспортных средств. Использование батарей малой емкости снижает вес и первоначальную стоимость машины. Похожая конструкция используется в моделях Honda Insight, BMW 7 ActiveHybrid.

Последовательно-параллельная схема

Фактически эта схема представляет собой параллельную доработку. Особенностью последовательно-параллельных гибридных двигателей является наличие в трансмиссии делителя мощности. Энергия двигателя внутреннего сгорания делится на 2 потока в соответствии с режимом движения транспортного средства. Часть мощности идет на ведущие колеса, другая — на накопитель электроэнергии.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Для реализации такой схемы необходим менее мощный двигатель внутреннего сгорания, но с высоким КПД. Например, двигатель цикла Аткинсона с коротким тактом сжатия. По этой схеме построены Toyota Prius и Lexus RX.

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

Классификация по степени электрификации

Разбираясь в характеристиках гибридных двигателей, давайте поговорим о различных областях применения электродвигателей. Степень электрификации машины указывает на возможности электрической системы. В одном случае он работает как приложение, в другом — позволяет полностью перемещаться с электроприводом. Чтобы понять, насколько продвинулись вперед, рассмотрим этапы последовательной электрификации.

Микрогибрид

Микрогибридный двигатель — это простейшая форма гибридизации. Автомобиль оборудован системой «Старт-Стоп», в которой электрическая система используется как стартер и генератор, но не передает энергию на колеса. Когда автомобиль работает на холостом ходу, ЭБУ отключает бензиновый двигатель, экономя топливо. В среднем потребление по городу снижается на 10%.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Энергия, сэкономленная за счет рекуперативного торможения, питает систему Start-Stop и бортовые устройства.

В микрогибридной силовой установке установлена ​​штатная коробка передач с импульсным масляным насосом. В режиме «Старт-Стоп» при выключенном двигателе переключающие элементы должны оставаться включенными. Насос поддерживает давление масла в каналах коробки передач, чтобы после запуска двигателя автомобиль был готов к движению через 0,3 с.

Мягкий гибрид

Термин «мягкий» или «мягкий» гибрид означает, что электродвигатель используется в автомобилях в качестве легкой «опоры» для двигателя внутреннего сгорания. Основную работу в режиме разгона и плавного движения выполняет бензиновый двигатель. Суть использования электроустановки заключается в том, чтобы помочь завести автомобиль и разогнать его, а также подзарядить аккумулятор при торможении. Мощность электродвигателя не превышает 50 кВт.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

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

Полный гибрид

Полноценный гибридный автомобиль способен работать от одноприводного электродвигателя при выключенном двигателе внутреннего сгорания. Электродвигатель заменяет сцепление и действует как генератор для зарядки аккумуляторов, включая рекуперативное торможение. В отличие от мягкого гибрида здесь используется электродвигатель мощностью 60 — 250 кВт.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Принцип полного гибрида реализован в Audi A1 и BMW X6 ActiveHybrid. В такие гибриды устанавливаются мощные литий-ионные аккумуляторы. Однако накопитель энергии мощностью 12 кВт / ч сможет обеспечить пробег автомобиля не более 60 км. При низком уровне заряда двигатель внутреннего сгорания подключается автоматически, но для снижения расхода топлива и увеличения пробега электродвигателя инженеры разработали Plung-In.

Гибриды плагины

Подключаемый или подключаемый гибрид в принципе аналогичен полному гибриду. Отличие заключается в возможности подзарядки аккумулятора от внешней сети. Расстояние, которое автомобиль может проехать на электроприводе, характеризуется индексом PHEV.

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Как работает двигатель гибридного автомобиля

Чтобы преобразовать гибридный двигатель в Plung-In, вам необходимо предоставить дополнительное оборудование: зарядное устройство, дополнительный блок управления и аккумулятор. Гнездо зарядки находится возле лючка топливного бака. Вы можете использовать домашний источник питания для питания аккумулятора, следуя рекомендациям производителя.

Преимущества и недостатки гибридных авто

Разобравшись, как устроен гибридный автомобиль, подведем итоги в виде объективной оценки. Подведем итоги плюсов и минусов гибридного двигателя в таблице.

Преимущества

Недостатки

1. Высокий КПД за счет использования крутящего момента двигателя внутреннего сгорания при любой нагрузке 1. Немного специалистов по ремонту и обслуживанию гибридных автомобилей
2. Экономия бензина в городе 10 — 30%  2. Высокая стоимость аккумуляторных батарей. В случае отказа элемента необходимо изменить весь блок блока. Проблема утилизации
3. Энергия торможения преобразуется в электрическую энергию 3. Наличие большого количества электронных компонентов. Затруднения с запчастями. Дорогой ремонт.
4. Использование ДВС меньшей мощности и габаритов. Возможность отказаться от сцепления и коробки передач 4. Недостаточное количество станций зарядки аккумуляторов. Небольшой пробег на электроприводе
5. Надежный старт зимой 5. Плохая маневренность
6. Снижение токсичных выбросов 6. Из-за холода батарейки разряжаются быстрее
7. Бесшумная работа 7. Тихая работа приводит к несчастным случаям

Заключение

Принцип работы гибридного автомобиля основан на использовании энергии бензиновых и электродвигателей. Они работают вместе, чтобы соответствовать строгим экологическим стандартам, сокращая при этом расход топлива и выбросы. Инженеры постоянно совершенствуют конструкции, изобретают новые решения. Однако далеко не все компании видят перспективу в гибридах, делая упор на создание полноценных электромобилей.

Оцените статью