Последовательно-параллельная схема. Всех названных недостатков лишен гибрид, реализованный в последовательно-параллельной схеме. Здесь, в зависимости от условий движения, используется тяга либо электродвигателя, либо ДВС с возможностью подзарядки батареи. Кроме того, в сложных режимах эксплуатации силовой агрегат для обеспечения повышенного крутящего момента имеет возможность объединять усилия бензинового и электрического двигателей. Опираясь на такие экстраординарные возможности, рабочая программа ТС всякий раз для каждого режима эксплуатации автомобиля выбирает наиболее целесообразное силовое решение. Этим обеспечивается максимальная эффективность транспортного средства.

Такая схема последовательно-параллельного гибрида реализована в автомобиле Toyota Prius. В переводе с латинского рrius – «передовой» или «идущий впереди». Сегодня существует несколько модификаций Prius. Их принято идентифицировать по номеру кузова – об этом мы уже сегодня говорили. Когда станем разбирать устройство Prius подробно, будем прежде всего иметь в виду модель К20. Обращения к другим аналогам: К10, К11, К30, К35 и проч. будут сопровождаться специальными указаниями.

Теперь пора уделить особое внимание самому известному и успешному в мире образцу гибридного автомобиля – Prius от компании Toyota. Почему мы так подробно будем говорить именно о Prius и именно о модификации К20? Постараемся ответить. С точки зрения специа­лизированного авторемонтного бизнеса распространенность ТС конкретной марки в конкретном регионе (в нашем случае – РФ) является отправной точкой для специализации услуг, представляемых предприя­тием. Это накладывает на организаторов производства обязательства в специальной оснастке автосервиса, в приобретении необходимой рабочей информации и профессиональном обучении работников. Но не только.

Специализированный автосервис также обязан обеспечивать себя хотя бы минимумом расходных материалов и запчастей. А это – отдельная тема, к ней мы обратимся гораздо позднее. Сейчас коснулись ее в связи с особым статусом автомобиля Toyota Prius NHW20 (К20), который своим количеством на дорогах РФ многократно превосходит любое другое гибридное транспортное средство.

Соответственно знания о его особенностях наиболее полезны для работников независимых специализированных центров. Без знакомства с этим продуктом от Toyota браться за ремонт и обслуживание гибридных автомобилей не имеет смысла с точки зрения успешности автосервиса как бизнеса. Поэтому на примере именно Prius К20 мы планируем рассказывать об устройствах гибридных автомобилей и объяснять работу всех его компонентов с практическими советами по ремонту и обслуживанию.

Начнем с двигателя внутреннего сгорания. Замечание: в этой части разговора мы будем говорить лишь о тех особенностях ДВС, работающих в гибридных силовых агрегатах, которые отличают их от аналогов, реализованных в традиционных конструкциях ТС. Предполагаем, что читатели (слушатели) учебного курса хорошо знакомы с конструкциями ДВС обычных автомобилей. И еще. При разговоре о ДВС автомобиля Prius следует иметь в виду, что особенность его конструкции позволила серьезнейшим образом положительно сказаться на эффективности транспортного средства. С точки зрения ремонта такой двигатель практически ничем не отличается от своих ординарных собратьев и особого внимания к себе не требует. Но для правильного понимания гибридных технологий знания о конструкции таких моторов очень полезны. Вопросы, которые могут появиться у читателя, получат ответ в разделах, посвященных ремонту и обслуживанию конкретных моделей гибридов.

Итак, ДВС. Prius К20 имеет бензиновый двигатель внутреннего сгорания, с объемом 1497 см3. В К30 и в последующих модификациях объем увеличен до 1,8 л. Toyota обозначает двигатель Prius К20 как 1NZ-FXE, который часто путают с мотором автомобиля Toyota Echo. И понять это можно. У Echo он значится как 1NZ-FE. Конструкции обоих ДВС максимально схожи. Это рядные, четырехцилиндровые, 16-клапанные моторы, у которых вращение двойных распредвалов происходит посредством цепного привода. Оба оснащены коллекторами поперечного потока и т. д. Мало того, одинаковы и размеры элементов цилиндропоршневых групп (ЦПГ). Так, диаметр цилиндров и ход поршней у обоих соответствуют 75 мм и 84,7 мм. Но двигатели эти существенно разные: ДВС Prius работает по циклу Аткинсона (Atkinson), тогда как Echo – по циклу Отто (Otto).

Очень поверхностно, возможно, кое-где не совсем корректно, пробежимся по конструкции традиционного ДВС, не отвлекаясь ни на что, кроме моментов: где и как происходят потери его эффективности. Бензиновый двигатель почти каждого автомобиля, бегущего сегодня по дорогам мира, работает по циклу Отто. Работа таких ДВС характеризуется четырьмя тактами: впуском, сжатием, сгоранием (рабочим ходом) и выпуском с открытием и закрытием клапанов близко к концам тактов.

Достоинство двигателя Отто состоит в высокой термодинамической эффективности, заключающейся в превосходном отношении энергия/вес и в надежности конструкции агрегата в связи с ее простотой. Большинство усовершенствований, производимых в двигателях, работающих по циклу Отто, связаны с увеличением эффективности и/или сокращением выброса вредных веществ. Производитель, во имя сказанного уменьшая вес ДВС, теряет мощность и надежность. Чудес ведь не бывает?

Рассмотрим, где же и каким образом теряется эффективность. Известно, что современный ДВС, работающий по циклу Отто, обладает наибольшей эффективностью (КПД) в интервале 40–45% от максимально допустимой скорости вращения коленвала – этот режим еще называют оптимальным. А наивысший крутящий момент двигателя достигается в интервале 70–80% от тех же максимальных параметров вращения коленчатого вала.

То есть процесс достижения максимального крутящего момента всегда приводит к понижению КПД мотора. Почему? Потому, что всякое повышение скорости вращения ДВС выше оптимальных значений сопряжено с возрастанием потерь от трения. Их так и называют: потери трения. Существенное повышение скорости вращения коленчатого вала во имя достижения необходимого момента вращения обеспечивается с помощью повышенного обогащения рабочей смеси. А это – потеря эффективности. А вот при более низком, по отношению к оптимальному, режиме вращения коленчатого вала двигатель страдает от явления, которое называют насосными потерями (это мы обсудим позже).

Вернемся к автомобилю Toyota Echo. Пиковая мощность его двигателя равна 108 л. с. А самая эффективная работа им будет производиться в режиме, когда мотор развивает мощность в интервале 35–50 л. с. Казалось бы, тогда при выборе двигателя для автомобиля мы должны руководствоваться следующим. Он (мотор) для оптимального режима эксплуатации должен обеспечивать всего лишь 40% от максимальной мощности, которую может развить. А чтобы такой автомобиль двигался со скоростью 105 км/ч по горизонтальной дороге, ему хватит и 15 л. с. При скорости ниже – и того меньше. С другой стороны, если бы мы установили на автомобиль двигатель даже в 30 л. с., ему бы потребовалось более 30 с, чтобы разогнаться до 96 км/ч.

Но Echo, как мы заметили, имеет двигатель мощностью 108 л. с. и обладает приличными показателями в ускорении и в преодолении препятствий. Поэтому автомобиль с двигателем 30 л. с. не сможет ускоряться согласно нашим ожиданиям и не будет иметь хорошей динамики. А это означает, что большую часть времени и пути автомобиль эксплуатируется в режимах, когда характеристика мощности ДВС находится в точке значительно ниже «зеленой зоны» эффективности. В результате значительная часть топлива расходуется впустую. Этот негативный конструктивный дефект характерен для всех без исключения автомобильных двигателей, работающих по циклу Отто. Специалисты называют его проб­лемой частичной мощности.

Главную причину потерь эффективности в режимах эксплуатации двигателей внутреннего сгорания называют насосными потерями. Как двигатель с циклом Отто, разработанный для обеспечения максимальной мощности в 108 л. с., заставить выдавать 20 л. с.? Ответ прост – уменьшить поток воздуха в цилиндры путем прикрытия дроссельной заслонки. Отметим, между прочим, что такой режим работы вынуждает двигатель тянуть воздух через узкую щель дросселя, создавая повышенное разряжение во впускном коллекторе. Об этом чуть ниже.

Если исключить особенности топливной системы современного автомобиля, которая при этом станет компенсировать недополученную порцию топлива принудительным ее впрыском, то можно ли сказать, что задача эффективности будет решена? Поскольку воздух, попадающий в цилиндр в течение такта, получает меньший воздушно-топливный «заряд», двигатель заработает с пониженной мощностью – что вроде бы и требуется.

Согласимся, что не все так просто. Создав эффект частичного вакуума во входном коллекторе, мы совершаем работу, т. е. расходуем дополнительную энергию. Какую? Когда поршень идет вниз при такте всасывания, давление в подпоршневом пространстве и частичный вакуум в верхней части цилиндра – над поршнем, через шатунно-поршневой узел создают сопротивление вращению коленчатого вала. Это уменьшает выходную мощность двигателя, и, кажется, именно к этому мы и стремились? Но такой эффект произошел за счет потраченного впустую топлива – а мы как раз этого и хотим избежать.

Заметьте, что автомобили страдают от насосных потерь даже на высоких скоростях. Дроссель открывается полностью только при ускорении или при подъеме в гору. Известно, что дизельные двигатели лишены этой проблемы, потому что у них нет дросселя. Низкая мощность достигается простым уменьшением количества впрыскиваемого топлива. Это – одна из причин, почему дизельные двигатели обладают более высокой эффективностью. Данный способ не может быть применен впрямую на бензиновых двигателях, потому что температура горения их рабочей смеси при избытке кислорода («обеднении» смеси – об этом ниже) становится слишком высокой, что может привести к прогару поршней и клапанов.

Преобразование химической энергии в работу (механическую энергию) в поршневом двигателе сосредоточивается вокруг рабочего хода. Топливовоздушная смесь сгорает быстро и создает давление из-за взрывообразного разогрева смеси, главным образом углекислого газа и водяного пара. Это давление действует на днище поршня и с помощью кривошипно-шатунного механизма проворачивает коленчатый вал. Пропорция химической энергии, выделившейся в виде тепла, преобразованного в механическую энергию, зависит от «степени расширения» смеси газов. Этот параметр соответствует отношению между свободным объемом в цилиндре в момент поджига смеси и свободным объемом цилиндра до открытия выпускного клапана. Чем выше значение отношения, тем больше энергии тепла и давления может использоваться на вращение коленчатого вала.

К сожалению, есть предел степени сжатия, выше которого смесь не горит равномерно и вызывает детонацию. Некоторые источники приписывают это «предвоспламенению», т.е. явлению, когда смесь загорается спонтанно, до подачи искры. Здесь есть смысл отметить лишь то, что двигатель с циклом Отто конструируется таким образом, чтобы не допустить возникновения детонационных эффектов при заданных значениях октанового числа топлива. И такой агрегат не способен обес­печить больших степеней в расширении работающих газов.

Среди причин снижения эффективности двигателя специалисты не последнее место отдают «потерям трения». Не станем останавливаться на том, что и как трется в механизмах ДВС, об этом знает любой наш современник, а не только автомеханик. Здесь важнее другое. Чем больше выходная мощность и обороты двигателя, тем выше потери трения. В режимах высоких скоростей потери трения могут составить большую часть «брутто-выхода» двигателя. Вот почему эффективность двигателя падает в режимах эксплуатации, превышающих «зеленую зону».

До недавнего времени конструкторы не стремились увеличить размеры двигателей, чтобы уменьшить трение для повышения эффективности. Наоборот, трение становится большой проблемой, поскольку двигатели становятся все миниатюрнее. А это – прямой путь к увеличению потерь мощности в таких двигателях на трение.

Идем дальше. Рассмотрим сам процесс сгорания топлива. Инженеры конструируют двигатели таким образом, чтобы обеспечить мотор, работающий в оптимальном режиме, пропорцией «топливо – кислород воздуха», позволяющей сжечь все топливо, используя весь кислород. Такое идеальное соотношение называют «стехиометрической смесью». Примерно это соответствует 14,7 кг воздуха на каждый килограмм бензина.

Современные автомобили поддерживают правильную смесь, используя ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) на входе и датчик остаточного кислорода в выхлопе. Если отношение воздух/топливо увеличивается так, что воздуха становится больше нормы, смесь, как говорят, является «бедной». Кислород в выхлопе не причиняет вреда, но скудная смесь сгорает с более высокой температурой и может повредить двигатель, не разработанный для этого.

Высокая температура может также заставить азот воздуха соединяться с избыточным кислородом и производить оксиды азота, которые вносят свой вклад в загрязнение атмосферы. Если отношение воздух/топливо уменьшается так, что в двигатель поступил избыток топлива, смесь называется «богатой». Несгоревшее топливо в выхлопе вносит вклад в загрязнение окружающей среды. А то, что оно не окислилось для получения дополнительной мощности ТС, говорит об уменьшении эффективности двигателя.

Обычные двигатели просто обогащают смесь, когда требуется развить большую мощность. Это делает возможным использование каждой порции воздуха, поступившего в двигатель, для получения максимально возможного крутящего момента. Несгоревшее топливо может быть окислено до конца каталитическим нейтрализатором – и этим понизится вред природе, но и тогда энергия топлива будет потрачена впустую и в результате эффективность снизится.

Мы рассмотрели, как впустую, т.е. неэффективно расходуется мощность ДВС. Далее рассмот­рим пути ее эффективного использования – таковых можно выделить пять. На этом сегодня остановимся. В следующий раз продолжим разговор именно с этого момента. Затем перейдем к устройству гибридных автомобилей, познакомимся с их основными компонентами. До встречи.

Редакция благодарит работников Toyota Центр Ясенево за помощь в организации фото­съемки сюжетов, использованных в статье

Тема гибридных автомобилей не сходит со страниц нашего журнала уже шестой год подряд. Поисковики Google и Яндекс начиная с 2015 года стабильно «оценивают» ее (тему) как невероятно востребованную и без какого-либо стимулирования определяют место нашим статьям на первых этажах запросов.

Когда-то это нас удивляло, но теперь нет: любой желающий, забивший поисковые слова «Ремонт и обслуживание гибридных автомобилей» – хоть в Google, хоть в Яндексе, – обязательно найдет журнал «АБС-авто» на самой верхней строке из 170 млн претендентов на это место по результатам поиска. Самой верхней! Почему? Ответ довольно прост – из-за востребованности темы и качества нашего контента.

Сегодняшняя работа открывает новый этап в развитии темы. Теперь каждая статья на гибридную тему будет состоять из двух или трех частей: история появления гибридных автомобилей, их обслуживание и ремонт. С частью материалов будущих статей читатель знаком по прошлым публикациям. Но теперь к ним добавилась историческая линия, которая, безусловно, представляет особый интерес – ведь история рождения и становления гибридных автомобилей как самостоятельного направления в автомобилестроении появилась не вчера, а гораздо раньше. Пожалуй, пора и начинать.

История гибридных автомобилей началась почти 200 лет назад. Кто-то может с этим не согласиться. Пусть так – каждый может иметь собственное мнение по любым вопросам, включая профессиональные, и спорить об этом – лишь терять драгоценное время.

Посмотрите на автомобиль Тoyota Prius 2018 модельного года. Это красивый, мощный, современный, экономичный и экологичный автомобиль.

А история его зарождения начиналась вот с такого неказистого устройства, состоящего из набора гальванических элементов, проволоки и компаса.

На иллюстрации показана реконструкция эксперимента, который провел Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) для обоснования своей теории: «Электрический ток может производить электромагнетизм». Произошло это в 1820 году и, можно сказать, почти случайно. Ханс Эрстед в то время был профессором физики, отменным преподавателем, умевшим рассказывать слушателям о физических процессах просто и доступно, за что его любили ученики и слушатели.

В тот день, перед занятиями, он беседовал со своим старым прия­телем-охотником. Тот похвастался новым приобретением – компасом от отличной немецкой фирмы. Заговорившись, он забыл этот самый компас на столе.

Во время проведения лекции, демонстрируя один из физических опытов, Ханс Кристиан краем глаза уловил одну странность: когда он включил электрическую нагрузку и по проводу пробежал электрический ток – стрелка компаса начала отклоняться! Не прерывая лекции, он поменял расположение компаса, вновь включил нагрузку, и стрелка компаса опять отклонилась. После занятий, забыв об обеде и ужине, Эрстед продолжал экспериментировать, пока наконец не утвердился в мысли, что все происходящее – не сон, а влияние электрического тока, который может самостоятельно воз­действовать на магнитную стрелку компаса!

Проведя десятки экспериментов, Ханс Кристиан Эрстед исследовал и обосновал теорию возникновения электромагнетизма. Свое открытие ученый совершил зимой 1819–1820 годов.

И уже в июне 1820 года он подготавливает и отдает в печать свою научную работу: «Некоторые опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». Ханс Эрстед стал всемирно известным и признанным ученым.

Он был избран членом Лондонского Королевского общества, Парижской Академии, а в 1830 году его избрали почетным членом Петербургской академии наук. Так что и Prius, и любой другой электромобиль имеют одного родителя и одну точку отсчета: Ханс Кристиан Эрстед, зима 1820 года.

Это открытие, возможно, помогло венгерскому изобретателю Аньосу Джедлику в 1828 году собрать настольную модель первого в мире электрического двигателя (обратите внимание, насколько схожи мысли этих двух ученых – в первом случае крутится стрелка компаса, а во втором случае сила электромагнетизма вращает нечто массивное, только отдаленно похожее на стрелку компаса).

Он же построил маленькую модель самодвижущегося устройства, названного им «электрическим локомотивом», которая через вер­тикальную ось и несложную шестеренную передачу приводила в движение колеса.

В эти же годы М. Фарадей в результате опытов Аньоса Джедлика обнаружил возможность перехода электрической энергии в механическо-вращательное движение при помощи электромагнитной энергии. А в 1854 году изготовил из угольно-цинковых элементов действующую аккумуляторную батарею, в которой использовалась «чили селитра» (нитрат натрия).

В 1827 году Аньос Джедлик сконструировал первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока).

У ученых всегда мало времени. А у ученых-изобретателей его почти нет: в голове постоянно крутятся какие-то новые идеи, одна картинка накладывается на другую… Знакомые и друзья ученого говорили ему об «известности», о «мировом признании», но ему было некогда, все новые и новые идеи занимали мысли и время, и только в конце 1850-х годов он обнародовал свои изобретения, в том числе и придуманный им электрический локомотив.

Исторические факты настолько переплетены между собой, что исследователям порой бывает очень трудно установить «приоритет гениальности», т. е. кого считать «отцом-основателем» того или иного физического закона или изобретения.

В 1680 году Ньютон после проведения многочисленных опытов начал формулировать свой третий закон, который впоследствии стал звучать так: «Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению». Свои мысли он опубликовал в фолианте «Математические начала натуральной философии» (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica).

В современных учебниках, для лучшего понимания, третий закон Ньютона демонстрируют так.

А во времена Ньютона действие этого закона изображалось так.

В своих записках к описанию третьего закона Ньютон отметил такое свое наблюдение после проведенных опытов: «Если на повозку с колесами поставить котел с кипящей водой и открыть отверстие сзади котла, то вылетающая струя пара из котла сможет толкать повозку вперед».

Отметим, что это 1680 год. И понадобилось почти 200 лет, чтобы мысли Ньютона стали осуществляться: Фердинанд Вербист (священник, фламандский иезуит, астроном), находящийся на службе у китайского императора, смог придумать вот такое устройство, которое удивительно напоминает «самодвижущуюся повозку Ньютона».

На рисунке видно не совсем отчетливо, поэтому предлагаю посмот­реть на реконструкцию этого изобретения.

Как видим, принцип Ньютона тут сохранен, однако есть много оригинальных дополнений: пар из котла «упирается» в некое зубчатое деревянное колесо с лопатками, которое соединено передачей с задними колесами тележки.

Изобретение? Несомненно! Причем оно сильно похоже на умозаключения венгерского изобретателя Аньоса Джедлика (выше по тексту), который в результате проводимых опытов обнаружил возможность перехода электрической энергии в механическо-вращательное движение при помощи электромагнитной энергии.

Следует обратить внимание, что в то время очень разные люди, обладающие глубокими познаниями в самых разных областях науки, уже начали задумываться над тем, как один вид энергии превратить в другой.

В 1769 году француз Никола Жозеф Кюньо (1725–1804) построил самодвижущееся устройство, которое было названо «паровозной кареткой». История создания этого самодвижущегося устройства весьма интересна. Кюньо был в то время капитаном французской армии. И за время военной службы вдоволь насмотрелся на беспомощность артиллерии – непроходимые дороги не позволяли лошадям вывезти орудия на позиции в заданное время. Обладая хорошим образованием и гибким умом, он засел за расчеты, и в скором времени на свет появилась вот эта «самодвижущаяся повозка», предназначенная в первую очередь для того, чтобы заменить лошадей и тянуть артиллерийские орудия.

Общий вес устройства составлял около 2,5 т, конструкция была трехколесной, и по расчетам скорость передвижения должна была достигать от 3 до 5 км/ч. Во время испытаний параметры скорости почти подтвердились: устройство везло четырех человек со скоростью 3,5 км/ч. Однако во время одной из поездок человек, управляющий устройством, не справился с управлением, и тележка врезалась в стену. Это можно смело назвать первым дорожно-транспортным происшествием с участием автомобиля.

В 1825 году британский изобретатель Голдсворти Герни построил паровой автомобиль, который через десять часов успешно совершил круговое путешествие на 85 миль. (Паровые машины доминировали на автомобильном ландшафте до конца XIX века.)

В этой повозке использовался паровой двигатель, расположенный в закрытом пространстве, количество перевозимых человек могло достигать 12.

Ну а что же с электрическими автомобилями? Или паровые самодвижущиеся устройства явились определенным (и необходимым) переходным звеном? Вполне может быть… Изобретателям электромобилей нужна была платформа, на которую они смогли бы поставить свои электрические устройства, а многочисленные опыты с паровым движителем, удачные и неудачные, только помогли создателям электромобилей выбирать для своих экспериментов наиболее надежные конструкции паровых самодвижущихся устройств, приспосабливая их под свои задумки.

Изобретатель электродвигателя постоянного тока

Давайте сравним два устройства: первое, которое на деревянной подставке – это из 1833 года.

А это электродвигатель современного гибридного автомобиля Toyota Prius из XIX века.

Согласитесь, что внешне эти конструкции мало похожи. Однако и первое, и второе в принципе есть одно и то же – это электродвигатели постоянного тока!

Заглянем в историю: 1834 год. Небольшое закопченое строение на окраине города Вермонта (сейчас США). Это кузница. Женщина помогает мужу раздувать горн. Устала. Садится и смотрит на мужа:

– Ну чего опять задумался?

– Да никак из головы не выходит… Помнишь, на прошлом празднике были на ярмарке, и там видели удивительную вещь: железо прыгало и прилипало на электромагнит?

– И что?

– А если взять не один магнит, а два, три, четыре. И…

– И что «и»?

– Так можно же двигать предметы и вещи! Понимаешь?

– Пока нет…

Кузнец (а это был Томас Девенпорт), взял в руки только что им откованную подкову и стал чертить на земле…

Мысль была такая: если взять несколько магнитов, расположить их на разном удалении друг от друга и попеременно включать-выключать один из них, то можно попробовать заставить кусок железа прилипать то к одному, то к другому магниту.

Дальше были исследования. Сначала продали все ценное в доме и Томас приобрел несколько электромагнитов. Когда что-то начало получаться, то Девенпорт продал кузницу и целиком погрузился в эксперименты с элетромагнитами и кусками железа.

А где тогда было учиться? Тем более простому кузнецу… только самообразование! Заработанные деньги Девенпорты делили на две части: меньшая часть на еду, и большую часть на покупку технических журналов. В 1883 году в одной из статей Томас обратил внимание на заметку, где рассказывалось о технологии Джозефа Генри: «О способах разделения железной руды». Описывались способы применения электромагнитов, когда при включении тока железо из руды прилипало к элетромагнитам, а пустая порода оставалась лежать.

Томас увлечен захватившей его идеей полностью, изготавливает несколько своих личных магнитов – и продолжает эксперименты. В качестве источника тока использует уже известную батарею Вольта:

Во время одного из экспериментов он задумался: а как сделать так, чтобы для вращения колеса на полный круг не приходилось бы постоянно перекидывать контакты – при работе магнитов колесо делало только половину оборота. И он придумал устройство (которое сейчас называют «щетки и коммутатор»), при помощи которого переключение полярности магнитов происходило автоматически и колесо вращалось непрерывно.

• Сергей Гордеев, директор специализированного автосервиса «Гибрид-сервис», автор профессиональной литературы по гибридам, преподаватель

гибриды

Что такое гибридные автомобили и как они работают?

Электрические автомобили, несомненно, находятся на пути к тому, чтобы стать доминирующим типом транспортных средств на рынке. Однако до того, как Tesla сделала электромобили обычным явлением, некоторые крупные производители автомобилей создали ступеньку, которая привела к полностью электрическим автомобилям: гибрид.

Строго говоря, гибридным транспортным средством является любой автомобиль с двумя разными типами двигателей. Так что танк с ГТД и ДВС — это все-таки гибридная машина. Тем не менее, сегодня мы сосредоточимся на гибридных автомобилях — что они собой представляют и как они работают.

Что такое гибридный автомобиль?

Первым серийным гибридным автомобилем стала Toyota Prius 1997 года. Этот автомобиль приводится в движение 1,5-литровым рядным 4-цилиндровым бензиновым двигателем и электродвигателем на 288 В в сочетании с вариатором. Это означает, что бензиновый двигатель и электродвигатель работают вместе, чтобы приводить автомобиль в движение.

Эта технология позволяет экономить топливо, так как электродвигатель приводит автомобиль в движение на малых скоростях, где он наиболее эффективен. Затем, как только вы достигаете скорости шоссе, бензиновый двигатель вступает во владение. Кроме того, при торможении автомобиль улавливает тепло, выделяемое тормозами, и использует его для подзарядки аккумулятора. Эта система гарантирует, что ваш автомобиль всегда будет работать эффективно.

Различные типы гибридных автомобилей

В то время как ранее упомянутое описание было оригинальной конструкцией гибридного автомобиля Toyota, несколько производителей автомобилей в конечном итоге разработали свои собственные системы. Вы найдете гибридные двигатели, устанавливаемые на различные типы автомобилей — от повседневных автомобилей эконом-класса, таких как Toyota Prius и Chevrolet Volt, до суперкаров, таких как Acura NSX и Porsche 918.

Итак, чтобы помочь вам отличиться, вот различные гибридные системы, которые вы можете найти.

Параллельный гибрид

Это наиболее распространенная гибридная конструкция на рынке, в которой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электрический двигатель работают одновременно для обеспечения мощности. Два двигателя обычно соединяются с осью через бесступенчатую трансмиссию.

С помощью этой системы автомобиль сам определяет наиболее эффективную трансмиссию — электрическую, бензиновую или и то, и другое — и делает соответствующий выбор.

Помимо Toyota Prius, другие параллельные гибридные автомобили включают Chevrolet Malibu, Honda Insight и другие.

Plug-In Hybrid

Подключаемый гибрид похож на параллельную гибридную систему, но имеет большую батарею, которую необходимо заряжать от розетки. Автомобили с этой системой обычно называют подключаемыми гибридными электромобилями (PHEV), и они в основном работают на своих электродвигателях. Как только бортовая батарея разрядится, система вернется к типичной параллельной гибридной установке.

Эта система лучше всего подходит для движения по городу, когда водители обычно ездят на короткие расстояния. В этом случае вам, возможно, даже не придется заправлять машину в течение нескольких месяцев, так как она будет использовать только аккумулятор, особенно если вы будете заряжать его каждый раз, когда находитесь дома. Примером этого является Ford Fusion Energi, у которого полностью электрический запас хода составляет 21 милю.

Дорожный гибрид

В этом гибридном силовом агрегате используются разные силовые агрегаты на разных осях. Например, подключаемые гибридные модели Volvo используют передний привод типичной модели ICE и соединяют его с задней осью с электрическим приводом.

Эта система упрощает установку, что снижает затраты на разработку. Кроме того, он добавляет функциональность полного привода (AWD) к модели с передним или задним приводом. Гибриды для бездорожья могут быть подключаемыми или параллельными моделями.

Помимо разработок Volvo, другие примеры гибридов для бездорожья включают Acura NSX, BMW i8 и Porsche 918 Spyder. Эта конструкция популярна среди суперкаров, поскольку они проще, меньше весят, обеспечивают тягу полного привода и увеличивают общую выходную мощность.

Гибрид

В отличие от параллельной гибридной трансмиссии, серийные гибридные автомобили приводятся в движение исключительно электрическим двигателем. Хотя на борту все еще есть двигатель внутреннего сгорания, он не подключен к какой-либо оси; таким образом, он не может водить машину.

Основное назначение бензинового двигателя — обеспечивать питанием электродвигатель — либо напрямую, либо путем подзарядки автомобильного аккумулятора. Эта установка позволяет испытать электромобиль без беспокойства о запасе хода, которое он доставляет.

Однако, поскольку двигатель внутреннего сгорания не подключен к педали акселератора, некоторые водители могут быть сбиты с толку, услышав, что их бензиновый двигатель работает на высоких оборотах, даже если они работают на холостом ходу в пробке. Это просто означает, что он работает на полную мощность, чтобы перезарядить аккумулятор. Одним из примеров этого является BMW i3 с опцией Range Extender.

Мягкий гибрид

Система является полной противоположностью серийной гибридной системе. Вместо электрического двигателя, работающего от ДВС, мягкие гибриды представляют собой автомобили с бензиновым двигателем и электродвигателем, который помогает повысить производительность.

Основной целью электродвигателя является повышение производительности двигателя, когда бензиновый двигатель работает с большими нагрузками, улучшение экономии топлива на низких и средних скоростях и использование в качестве стартера для систем старт-стоп.

Эта система не обеспечивает лучшей экономии топлива, чем другие гибридные системы, но обычно это самая дешевая и простая гибридная технология для разработки существующей модели автомобиля. Некоторые примеры включают Honda Civic Hybrid и Mercedes Benz S400 BlueHYBRID.

Зачем переходить на гибрид?

Поскольку электромобили сейчас набирают популярность, а зарядные станции для автомобилей становятся все более распространенными, особенно в городских районах, зачем покупать гибридный автомобиль?

Основная причина выбора гибридного автомобиля заключается в том, что он по-прежнему оснащен бензиновым двигателем, что устраняет любые проблемы с запасом хода, которые могут возникнуть у электромобиля. Кроме того, они являются единственным экологически чистым транспортным средством, которое есть у многих пользователей в местах, где нет разветвленной сети зарядки — по сути, в любой стране за пределами Северной Америки, Европы и Японии.

И если вы относитесь к тому типу людей, которым необходимо максимально увеличить запас хода автомобиля и часто совершать поездки на большие расстояния, возможно, пока нецелесообразно приобретать полностью электрический автомобиль.

Гибридные автомобили — следующий лучший вариант

Для большей части мира электромобили просто недоступны. Они либо слишком дороги, либо непрактичны, и их нелегко перезарядить. Если вы обычно ездите по городу с большим количеством нагнетателей, то электромобили — это практичный выбор, если вы можете их себе позволить.

Но если вы живете в месте, где нет станций быстрой зарядки для автомобилей, то единственным выходом для вас может стать гибрид. Хотя эти автомобили не имеют нулевых выбросов, они могут удвоить или утроить ваш пробег на одном полном баке, что значительно снижает ваш углеродный след.

Гибридные, электрические и газовые транспортные средства

Не так давно основное различие между автомобильными двигателями заключалось в том, какое топливо вы заправляете — бензин или дизель. Но сегодня забота об окружающей среде и желание уменьшить зависимость от ископаемого топлива означают, что все больше и больше электрических и гибридных автомобилей попадают к вашим местным дилерам.

В следующий раз, когда вы будете искать новый автомобиль на рынке, найдите время, чтобы узнать разницу между обычными бензиновыми двигателями, электромобилями и гибридными автомобилями. Ознакомьтесь с этим удобным руководством, чтобы узнать о плюсах и минусах каждого типа транспортного средства, прежде чем отправиться за покупками.

Большинство автомобилей, грузовиков и внедорожников, которые вы видите сегодня на дорогах, используют обычный двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или дизельном топливе. Этот тип двигателя, впервые разработанный в 1860 году, имеет множество движущихся частей, которые соединяются вместе, чтобы двигать автомобиль по дороге. Бензиновый двигатель по-прежнему широко используется, потому что он по-прежнему обеспечивает мощность и производительность, которые нужны многим водителям.

Блок цилиндров с головками цилиндров, клапанами, поршнями и свечами зажигания представляет собой четырехтактный процесс, приводящий в движение ваш автомобиль.

Такт 1 – Впуск : Поршень втягивается в цилиндр, и впускной клапан открывается для подачи воздушно-топливной смеси.

Такт 2 – Сжатие : Впускной клапан закрывается, и поршень движется обратно вверх для сжатия топливно-воздушной смеси.

Такт 3 – Сгорание (мощность): Когда поршень находится в верхней части, свеча зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь. Сгорание толкает поршень обратно вниз.

Такт 4 – Выхлоп : Выпускной клапан открывается, и поршень возвращается вверх, выталкивая выхлоп из цилиндра.

Этот цикл повторяется в каждом цилиндре сотни раз в минуту, обеспечивая питание вашего автомобиля.

Более низкая закупочная цена

Средняя дальность 300-400 миль (на полном баке бензина)

Больше мощности для ускорения и буксировки/перевозки

Простота заправки – множество заправок

Выбросы способствуют загрязнению окружающей среды

Работает на газе, невозобновляемом ресурсе

Будущая доступность газа, а также влияние двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду привели производителей транспортных средств к гонке за то, чтобы первыми разработать электромобиль, который получит широкое распространение среди водителей.

Обычно с первого взгляда невозможно отличить транспортное средство, работающее на газе, от электромобиля, но стоит заглянуть под капот, и не возникнет вопроса, на какой тип транспортного средства вы смотрите. Там, где вы обычно видите блок двигателя и все связанные с ним части газового двигателя, в электромобиле вы найдете меньше движущихся частей. Основными компонентами электромобиля являются:

Аккумуляторы – Источник питания транспортного средства; находится под автомобилем или в багажнике.

Контроллер – Получает питание от батарей, скрывает питание и передает ток на двигатель.

Электродвигатель — получает энергию от контроллера для питания двигателя и движения автомобиля.

В электромобилях используются различные технологии для максимизации мощности, в том числе:

Автоматический запуск и остановка . Автоматическое выключение двигателя при остановке автомобиля и его повторный запуск при нажатии педали акселератора снижает расход энергии на холостом ходу. .

Рекуперативное торможение — Возвращая энергию, потерянную при движении накатом или торможении, рекуперативное торможение использует движение колес вперед, чтобы помочь остановить автомобиль.

Нет выхлопной трубы – нет загрязнения

Меньше деталей для замены

Меньше планового обслуживания – без замены масла

Стоимость при перепродаже может быть выше

Удобство – можно заряжать дома но улучшается с каждым модельным годом

Время зарядки — полная зарядка может занять от 4 до 8 часов

Поиск зарядных станций — их не так много, как заправочных станций

Покупать дороже

Дорогие батареи — замена аккумуляторной батареи может стоить 1000–4000 долларов США 

Меньше транспортное средство = уменьшенная вместимость

Сочетая преимущества газовых и электрических двигателей, гибридные автомобили используют обычный двигатель внутреннего сгорания, но также используют электродвигатель и аккумулятор для увеличения мощности автомобиля. Использование обоих типов двигателей означает, что гибридные автомобили обеспечивают лучший расход бензина и меньше выбросов, чем традиционные автомобили с газовым двигателем.

Гибриды не только используют автоматический запуск и остановку, а также рекуперативное торможение, которое электромобили используют для максимальной экономии топлива, но также используют электроэнергию. Электродвигатель гибрида вырабатывает мощность, чтобы помочь двигателю, когда ему требуется ускорение при ускорении, подъеме на холм или обгоне другого транспортного средства. С этой помощью производители могут использовать газовый двигатель меньшего размера, который более эффективен.

На рынке представлено несколько различных типов гибридных автомобилей. Обычные гибриды, такие как Toyota Prius, в полной мере используют описанные выше технологии. Есть некоторые «мягкие» гибриды, в которых электродвигатель никогда полностью не берет на себя управление, что ограничивает их топливную экономичность. Микрогибриды не используют все функции обычного гибрида, а это означает, что вы не сможете добиться такой же экономии топлива, как с полноценным гибридом. Есть даже некоторые подключаемые гибриды, такие как Chevrolet Volt, которые имеют большие батареи, которые можно подключить.0003

Увеличенная экономия топлива

Меньше поездок на заправку экономит деньги

Меньше расхода газа — меньше выбросов

Стоимость при перепродаже может быть выше

Более высокая закупочная цена

Узнайте больше о качественных автозапчастях, найдите запчасть для своего автомобиля или найдите местную автомастерскую уже сегодня.

Содержимое, содержащееся в этой статье, предназначено только для развлекательных и информационных целей и не должно использоваться вместо обращения за профессиональной консультацией к сертифицированному технику или механику. Мы рекомендуем вам проконсультироваться с сертифицированным техническим специалистом или механиком, если у вас есть конкретные вопросы или проблемы, связанные с любой из тем, затронутых в этом документе. Ни при каких обстоятельствах мы не несем ответственности за любые убытки или ущерб, вызванные тем, что вы полагаетесь на какой-либо контент.

Гибридный автомобиль: определение, преимущества и типы

Гибридные автомобили — это ступенька в будущее: чтобы сделать мобильность максимально нейтральной с точки зрения выбросов углерода, автомобильная промышленность все больше обращается к электромобилям. Тем не менее, есть еще ряд проблем, связанных с чисто электрическими автомобилями. Гибридная технология сочетает в себе преимущества двух разных систем привода — электродвигателя и обычного двигателя внутреннего сгорания.

Изменение климата, повышение уровня выбросов: согласно исследованию Межправительственной группы экспертов по изменению климата, на транспорт приходится 24% всех выбросов CO ₂ выбросы по всему миру. Вот почему мобильность должна стать углеродно-нейтральной — не в отдаленном будущем, а как можно скорее. Необходимо уменьшить зависимость от бензиновых и дизельных двигателей, чтобы можно было заменить ископаемое топливо. Их все чаще заменяют электрифицированными приводными системами.

Однако во многих случаях чистые электромобили не могут конкурировать с обычными транспортными средствами: у них меньший запас хода, дорогие аккумуляторы, что приводит к более высоким ценам на автомобили, и во многих регионах сеть зарядных станций является неадекватным. Гибридные автомобили предлагают решение: они сочетают в себе систему электропривода и двигатель внутреннего сгорания. Это означает, что автомобили могут проехать дальше, чем чистые электромобили, и они потребляют меньше бензина или дизельного топлива, чем автомобили, работающие исключительно с двигателем внутреннего сгорания.

Они также могут соответствовать все более строгим ограничениям для легковых автомобилей, установленным, например, ЕС. С 2021 года средний целевой показатель выбросов новых автомобилей для всего парка автомобилей в ЕС будет составлять 95 г CO ₂ на километр. А к 2030 году этот показатель должен снизиться еще на 37,5%. Многие другие страны также установили строгие ограничения.

Гибридные автомобили: обзор основных фактов

Что такое гибридный автомобиль?

Слово «гибрид» имеет греческие корни и означает «из двух источников». Соответственно, гибридное транспортное средство получает энергию из двух разных источников и, следовательно, имеет более одной системы привода: как правило, электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания — обычно с бензином в качестве топлива; дизель встречается реже. Цель гибридного привода — объединить преимущества обеих систем привода и сбалансировать их недостатки:

• В настоящее время основным преимуществом автомобиля с бензиновым или дизельным двигателем по сравнению с системой электрического привода является запас хода. Это не из-за самого двигателя, а из-за накопителя энергии: аккумулятора. По мере того, как батареи становятся более эффективными, радиус действия будет увеличиваться. Еще одним преимуществом автомобилей с двигателями внутреннего сгорания является то, что они все еще дешевле, чем электромобили. Но с другой стороны, они потребляют топливо, вызывают выбросы и шумные. Значительная часть энергии топлива тратится впустую.
• Автомобиль с электродвигателем не производит местных выхлопных газов и шума, не использует ископаемое топливо при условии, что электроэнергия поступает из возобновляемых источников. С электродвигателями ускорение также быстрее и динамичнее. Однако из-за батареи электромобили имеют меньший запас хода, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания. И им нужна большая и, следовательно, более дорогая батарея.

Синтез обеих систем привода обеспечивает более низкий расход топлива и выбросы при приемлемых дополнительных затратах на покупку, динамичную управляемость и большой запас хода. Электродвигатель либо поддерживает, либо заменяет двигатель внутреннего сгорания, особенно там, где он неэффективен, и в определенных ситуациях повышает производительность.

По этой причине, а также благодаря различным правительственным программам поощрения продажи гибридных автомобилей растут. В то время как в ЕС было зарегистрировано более миллиона новых гибридных автомобилей в 2019 , к 2020 году это число уже превысило 1,4 миллиона, по данным поставщика услуг данных Jato Dynamic. Это означает увеличение на 47 процентов по сравнению с 2019 годом.

Знаете ли вы?

Знаете ли вы?

Toyota Prius был первым серийным гибридным автомобилем еще в 1997. Но системы гибридного привода на самом деле намного старше: первым автомобилем с комбинацией бензинового и электрического привода был «Mixte Hybrid», который Фердинанд Порше построил для K. u. K. Hof-Wagen und Automobil-Fabrik Jacob Lohner u. Co. – венская компания по производству роскошных кузовов. В этом транспортном средстве 16-сильный бензиновый двигатель работал вместе с генератором, который давал электричество для зарядки аккумулятора, который, в свою очередь, приводил в движение колеса.

Как работает гибридный автомобиль?

Электроэнергия для гибридных автомобилей обеспечивается, с одной стороны, за счет ископаемого топлива, а с другой — за счет электроэнергии. Следовательно, гибридное транспортное средство имеет как минимум две системы накопления энергии — топливный бак и аккумулятор — и как минимум два преобразователя энергии, электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания. Другими важными компонентами гибридной системы привода являются электронное устройство управления, которое решает, когда переключаться между двумя системами привода, и инвертор, который преобразует постоянный ток от батареи в переменный ток и управляет электродвигателем.

Отдельные компоненты гибридного привода

Как и многие другие компоненты, следующие детали играют важную роль в гибридном автомобиле:

• Электродвигатель образует ядро. Он выполняет две функции: с одной стороны, в определенных дорожных ситуациях он приводит автомобиль в движение электрически. В качестве генератора он преобразует кинетическую энергию торможения в электрическую энергию и возвращает эту энергию аккумулятору через инвертор. Это известно как выздоровление.
• Двигатель внутреннего сгорания представляет собой обычную систему привода, которая получает энергию в основном от бензина или, иногда, дизельного топлива. Двигатель внутреннего сгорания особенно эффективен, когда он работает с постоянной скоростью в оптимальной рабочей точке.
• Электрическое устройство управления соединяет электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания и автоматически переключается на оптимальный привод, в зависимости от того, какой из них наиболее эффективен в данный момент. Электронное управление потоком энергии обеспечивает эффективную работу автомобиля.
• Инвертор соединяет аккумулятор с электродвигателем. Силовая электроника преобразует постоянное напряжение батареи в высокочастотное переменное напряжение, которое формирует электромагнитное поле для выработки электроэнергии в электродвигателе.
• Аккумулятор подает электроэнергию для электродвигателя. В гибридном автомобиле литий-ионный аккумулятор работает с системой управления батареями. За исключением мягких гибридов (аккумулятор 48 В), используются высоковольтные аккумуляторы.
• Топливный бак хранит ископаемое топливо, другими словами, бензин или дизельное топливо. Дальность действия машины зависит от размера танка.

Как заряжается аккумулятор в гибридном автомобиле

Гибридные автомобили обычно вырабатывают электроэнергию для зарядки аккумулятора во время движения. Как и в чисто электрической системе привода, электродвигатель в гибридном автомобиле также действует как генератор. Другими словами, во время торможения или движения накатом, когда транспортное средство движется без использования энергии, оно преобразует кинетическую энергию обратно в электричество — это называется рекуперацией. Если автомобиль представляет собой серийный гибрид (см. ниже), двигатель внутреннего сгорания также действует как генератор для выработки энергии. Только подключаемые гибриды также могут питаться электричеством от зарядной станции.

Когда в гибридном автомобиле активны разные системы привода

Большинство гибридных автомобилей автоматически переключаются между двумя системами привода или позволяют им работать вместе. Это зависит от реальной ситуации вождения. Например, электронный блок управления переходит в режим IC, когда автомобиль движется с постоянной высокой скоростью. В это время двигатель внутреннего сгорания работает особенно эффективно.

Комбинация этих двух систем может быть полезна, например, на подъемах или при обгоне. В этих ситуациях на короткое время требуется усилитель энергии, а электродвигатель дополняет мощность двигателя внутреннего сгорания.

Во многих гибридных автомобилях электродвигатель также может самостоятельно двигать автомобиль. В этом случае топливо не расходуется. Поскольку электродвигатель имеет высокий КПД даже при низких скоростях, он особенно подходит для пуска и для низких скоростей.

Типичная ситуация вождения автомобиля с параллельной гибридной конфигурацией (см. ниже) выглядит следующим образом: при запуске автомобиля работает только электродвигатель. Когда автомобиль набирает скорость, включается двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания обычно используется на автомагистралях. Если водитель тормозит или позволяет автомобилю двигаться по инерции, энергия захватывается и сохраняется в аккумуляторе, а затем используется электродвигателем по мере необходимости.

jpg_1414829238.jpg»> Какие существуют типы гибридных автомобилей?

Две системы привода в гибридном автомобиле могут работать вместе по-разному, и типы привода могут иметь разный вес.

Микрогибрид, мягкий гибрид и полный гибрид

Гибриды различаются по уровню электрификации. По данным немецкой автомобильной ассоциации ADAC, возможна экономия топлива от 15 до 25% по сравнению с автомобилем с ДВС и даже больше с подключаемым гибридом.

Микрогибрид
Микрогибрид использует автоматическую систему старт-стоп для рекуперации энергии торможения и хранения ее в классической 12-вольтовой стартерной батарее. Однако транспортное средство приводится в движение исключительно двигателем внутреннего сгорания, что объясняет, почему микрогибриды не указаны в качестве гибридной концепции во многих классификациях приводов. Другими словами, микрогибриды — это автомобили с системой привода ДВС и хорошо спроектированной электроникой привода. Уровень экономии топлива низкий.

Мягкий гибрид
В отличие от микрогибридов, мягкие гибриды (Mild Hybrid Electric Vehicle, MHEV) имеют в системе привода электродвигатель, но он никогда не работает сам по себе и используется только для поддержки двигателя внутреннего сгорания. Например, он увеличивает мощность двигателя при ускорении. В дополнение к обычному аккумулятору на 12 В в «мягких» гибридах используется еще и аккумулятор на 48 В. Из-за более высокого напряжения мягкий гибрид может рекуперировать больше энергии торможения, чем микрогибрид. Автоматическая система старт-стоп также более эффективна, так как двигатель можно останавливать чаще и дольше. Автомобили с мягким гибридом потребляют до 15% меньше топлива, чем автомобили с обычными двигателями внутреннего сгорания.

Полный гибрид
В полном гибриде (Full Hybrid Electric Vehicle, FHEV) электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания работают вместе интеллектуально и гибко. Чисто электрическое вождение также возможно, но обычно только при коротких поездках на несколько миль. В отличие от мягких гибридов, полные гибриды не имеют дополнительной батареи на 48 В, но имеют высоковольтную тяговую батарею на несколько сотен вольт. Мощность электродвигателя также выше, чем у мягкого гибрида. Федеральное агентство по охране окружающей среды Германии заявляет, что возможна экономия топлива более чем на 20% по сравнению с автомобилем с чистым ДВС.

Подключаемый гибрид

(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV) являются дальнейшим развитием полных гибридов. Что отличает их от всех других гибридов, так это то, что в дополнение к рекуперации батарея также может заряжаться от зарядной станции или сетевой розетки, что объясняет название «подключаемый гибрид».

Как и полные гибриды, подключаемые гибриды имеют высоковольтную батарею, хотя она намного больше и эффективнее. Например, в зависимости от модели возможна дальность до 100 километров (около 62 миль) и более в чисто электрическом режиме. Это позволяет, например, многим пассажирам совершать ежедневные поездки из дома на работу и обратно без каких-либо выбросов. Стандартный расход топлива подключаемого гибрида до 35% меньше, чем у сопоставимого автомобиля с ДВС. Однако то, будет ли это достигнуто в реальных дорожных условиях, во многом зависит от того, регулярно ли водитель заряжает аккумулятор и действительно использует потенциал экономии топлива. Также необходимо учитывать сезонные колебания, так как низкие зимние температуры сокращают запас хода батареи.

Параллельный и последовательный гибрид

В дополнение к уровню электрификации гибридные автомобили также различаются по конструкции. В настоящее время наиболее распространены параллельные гибриды, к которым относятся упомянутые выше мягкие, полные и подключаемые гибриды. Также доступны серийные гибриды, а гибриды с разделением мощности представляют собой комбинацию обеих концепций.

Параллельный гибрид
Эти типы транспортных средств имеют две системы привода – электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания. Оба могут двигать автомобиль вперед и соединены с ведущим мостом. Они развертываются по мере необходимости: транспортное средство может приводиться в движение исключительно электрически, только с двигателем внутреннего сгорания или с их комбинацией. В этом типе системы привода мощность электродвигателя и ДВС суммируется, образуя общую мощность.

Гибриды серии
Гибриды серии имеют электродвигатель и ДВС, но только одну систему привода. Источники питания соединены последовательно: как правило, электродвигатель двигает транспортное средство вперед, а двигатель внутреннего сгорания вырабатывает электричество для аккумуляторной батареи. Источники питания механически не связаны.

Концепции расширения диапазона также относятся к этой категории. Проще говоря, двигатель внутреннего сгорания действует только как генератор для подзарядки батареи, когда она разряжена, пока транспортное средство не достигнет следующей зарядной станции.

Гибриды Power Split
Последовательные и параллельные гибридные приводы также могут быть объединены в одном автомобиле. В гибридах с разделением мощности или последовательно-параллельных, как их еще называют, водитель выбирает один из двух приводов.

Гибридные автомобили: преимущества и недостатки

Каковы преимущества гибридного автомобиля?

По сравнению с автомобилями, оснащенными только двигателем внутреннего сгорания, гибридные системы привода или полностью электрические двигатели имеют много преимуществ:

• В зависимости от ситуации и типа движения гибридный автомобиль может использовать оптимальный режим движения, например, в городе и на загородных дорогах.
• Расход топлива снижен на 15–50 % в зависимости от типа автомобиля. Особенно это касается вождения в городском потоке с частыми остановками.
• Более низкое потребление и, в некоторых случаях, чисто электрический режим приводят к меньшему количеству выбросов.
• Транспортное средство движется более эффективно. Потери энергии меньше, чем при использовании бензина или дизельного топлива, поскольку энергия от торможения и движения накатом улавливается и используется.
• Также можно совершать длительные поездки, так как запас хода больше, чем у чисто электрического автомобиля.
• По сравнению с обычной системой привода ускорение увеличивается на 10–20 %. Двигателю внутреннего сгорания нужны более высокие обороты для большего крутящего момента. С электродвигателем это высоко с самого начала.
• Помимо подключаемых гибридов, транспортные средства не нужно заряжать электричеством – следовательно, водителям не нужно искать зарядную станцию.

Каковы недостатки гибридного автомобиля?

Гибридные автомобили также имеют несколько недостатков по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания или только с электродвигателями:

• Их покупка дороже, чем автомобилей с ДВС, поскольку конструкция технологии двойного привода более сложна. Однако этот недостаток со временем компенсируется меньшим расходом топлива.
• Автомобиль тяжелее из-за двух источников питания и дополнительной батареи. В некоторых моделях расход топлива может быть выше в определенных ситуациях, когда работает только двигатель внутреннего сгорания.
• Дополнительная батарея занимает место. Это может означать, что багажник меньше, чем в обычном автомобиле.
• У подключаемых гибридов общий углеродный след зависит от электроэнергии, используемой для зарядки аккумулятора — чем больше «зеленой» электроэнергии, тем лучше.
• В отличие от чисто электрических транспортных средств, гибриды по-прежнему зависят от ископаемого топлива и производят выбросы.

jpg_1414829238.jpg»> Вклад Infineon в гибридные диски

Как обычно, при производстве, хранении или преобразовании электроэнергии микроэлектроника также играет важную роль в электрических и гибридных транспортных средствах. Датчики измеряют различные параметры; микроконтроллеры принимают решения, например, когда ток должен течь в определенной части системы, а когда нет. И силовые полупроводниковые приборы реализуют эти решения. Степень, в которой электроника работает разумно и эффективно, оказывает большое влияние на запас хода, производительность и стоимость, а для подключаемых гибридов и полностью электрических транспортных средств также на время зарядки аккумулятора.

Infineon очень рано начала разрабатывать полупроводники специально для электрических и гибридных автомобилей. В настоящее время компания является ведущим поставщиком чипов для электромобилей. Infineon ожидает дальнейшего роста. «В этом столетии мы достигнем точки, когда большинство всех новых автомобилей в мире будут полу- или полностью электрическими», — говорит Стефан Зизала, вице-президент и генеральный директор подразделения Automotive High Power компании Infineon. Соответственно, Infineon инвестирует в увеличение производственных мощностей. Например, в Филлахе в Австрии. Здесь строится новый завод стоимостью 1,6 миллиарда евро для производства силовой электроники для гибридных и электрических транспортных средств, а также для других целей.

Infineon также работает над технологическими инновациями, чтобы сделать электронику еще более мощной и эффективной. Примером этого является использование новых полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния. В некоторых приложениях чипы из карбида кремния обеспечивают большую мощность и более высокую энергоэффективность, чем традиционные кремниевые чипы. Например, это снижает потери энергии при зарядке подключаемого гибрида и увеличивает запас хода электромобилей.

Обзор наиболее важных вопросов и ответов

Что такое подключаемый гибрид?

Подключаемый гибрид — это транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем. В отличие от других гибридных моделей, его аккумулятор заряжается не только за счет рекуперации при торможении и движении накатом; при необходимости подключаемый гибрид также может питаться от зарядной станции или настенной розетки, что объясняет название «подключаемый» гибрид. Аккумулятор подключаемого гибрида больше, чем у других гибридных автомобилей, поэтому на одном электричестве можно проехать дольше — в среднем 50 километров, а в некоторых автомобилях даже до 100 километров.

Что лучше: гибрид или подключаемый гибрид?

Какой тип мягкого, полного или подключаемого гибрида лучше всего подходит водителю, зависит от реальной ситуации. С подключаемым гибридом водители могут рассчитывать на более длительное вождение, используя только электричество. Аккумулятор также можно заряжать на зарядной станции или через настенную розетку. Это невозможно с другими типами гибридов: электроэнергия вырабатывается исключительно за счет рекуперации и с помощью двигателя внутреннего сгорания. Другие гибриды могут ездить исключительно на электричестве только на короткие расстояния, если вообще могут. Кроме того, электродвигатель увеличивает КПД двигателя внутреннего сгорания.

Как заряжается гибридный автомобиль?

Все гибридные автомобили получают электроэнергию за счет рекуперации: кинетическая энергия при торможении и движении накатом не теряется полностью; вместо этого часть его преобразуется в электричество и сохраняется в аккумуляторе. Это большое преимущество по сравнению с автомобилями с обычными двигателями внутреннего сгорания. Мощность бензинового или дизельного двигателя также может быть использована для выработки электроэнергии. Подключаемые гибриды также можно заряжать дома или на зарядной станции.

Подходят ли гибридные автомобили для чисто дальних поездок?

На гибридных автомобилях также можно ездить на большие расстояния. Однако преимущества системы комбинированного привода не столь ярко выражены, так как электроэнергия вырабатывается в основном за счет частых торможений при движении по городу. Кроме того, электродвигатель особенно поддерживает двигатель внутреннего сгорания при запуске автомобиля. На более низких скоростях некоторые гибриды также могут двигаться исключительно на электричестве. Как правило, из-за дополнительного электродвигателя топливный бак гибрида меньше, чем в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания. Следовательно, он содержит меньше топлива, что может уменьшить дальность полета на большие расстояния.

Насколько практичны гибриды только для коротких расстояний?

В зависимости от типа транспортного средства гибриды могут ездить на короткие расстояния, например, по городу, используя только электричество. Тогда ископаемое топливо не потребляется. Однако, если водитель не тормозит часто, не так много энергии может быть рекуперировано, и двигатель внутреннего сгорания должен вступить во владение. Если преодолеваются в основном короткие расстояния, чисто электрический автомобиль может быть более подходящим, поскольку его можно подзарядить на зарядной станции. Подключаемый гибрид является альтернативой, если транспортному средству также необходимо проехать на большие расстояния.

Последнее обновление: июль 2021 г.

Короткое время зарядки, большой радиус действия

В настоящее время мало кто готов водить электромобиль. Но это быстро изменится — с развитием зарядных станций большой мощности.

Путь к устойчивой мобильности

Узнайте больше о том, как Infineon ускоряет внедрение xEV на массовом рынке и помогает автомобильной промышленности достичь своих амбициозных целей по выбросам CO2.

Ищете новые возможности для работы?

Познакомьтесь с нашими сотрудниками и откройте для себя целый мир карьерных возможностей в этой области нашей компетенции.

гибридных автомобилей | Университет Теннесси в Чаттануге

Энергопотребление автомобиля — обычный автомобиль, городской цикл
Энергопотребление автомобиля — гибридный автомобиль, городской цикл
Серийный гибрид
Параллельный гибрид
Двухрежимный гибрид
Гибриды с поддерживающей и не поддерживающей зарядкой
Зачем устанавливать двигатель внутреннего сгорания в электромобиль?
Что насчет выбросов?
Топливные элементы
Маховики

В настоящее время существует множество различных конструкций гибридно-электрических систем, использующих чистые дизельные двигатели, двигатели на альтернативных видах топлива, газовые турбины или топливные элементы в сочетании с батареями. На стадии разработки находятся даже некоторые новые технологические концепции, в которых вместо батареи используются запоминающие устройства, такие как маховики и ультраконденсаторы. Использование двух разных источников энергии определяет гибрид.

Существует множество конфигураций и вариантов конструкции HEV, которые можно сгруппировать в три категории: последовательные (HEV с увеличенным запасом хода), параллельные (HEV с усилителем) и двухрежимные HEV.

Конечной целью гибридного электромобиля является обеспечение эквивалентной мощности, запаса хода, стоимости и безопасности обычного автомобиля при одновременном снижении затрат на топливо и вредных выбросов. В настоящее время HEV может работать почти в два раза эффективнее, чем традиционные автомобили внутреннего сгорания.

Обычные двигатели внутреннего сгорания преобразуют энергию жидкого топлива в энергию вала. Вся энергия процесса сгорания концентрируется вокруг коленчатого вала, за исключением энергии, теряемой в виде тепла. Типичный автомобиль с ДВС использует только приблизительно 16% энергии жидкого топлива для движения автомобиля. Тепло, выделяемое в процессе сгорания, расходует большую часть энергии, в то время как потери на трение от сотен движущихся частей в двигателе, трансмиссии и механическом соединении с ведущими колесами потребляют остальную часть. HEV, с другой стороны, разработаны с учетом энергоэффективности.

Основным источником энергии, используемым сегодня в наиболее распространенных ГЭМ, являются батареи. Аккумулятор не содержит движущихся частей. Единственная потеря энергии — это очень небольшое количество тепла в ходе цикла разряда. Как упоминалось ранее, гибридные электромобили используют два разных источника энергии. Аккумуляторы обычно являются основным источником энергии для транспортного средства, а вспомогательный двигатель, работающий на бензине, дизельном топливе или альтернативных видах топлива, таких как метанол, этанол или сжатый природный газ, обеспечивает вспомогательную энергию. В некоторых случаях верно обратное, когда батареи обеспечивают вспомогательное питание в периоды высокого энергопотребления. На приведенных ниже диаграммах (любезно предоставленных программой DOE — HEV) энергопотребление обычного транспортного средства сравнивается с энергопотреблением гибридного электромобиля.

Вернуться к началу

Обратите внимание на отсутствие потерь на холостом ходу и значительное снижение потерь в двигателе гибридного автомобиля, показанного ниже.

Вернуться к началу

Как показано на приведенной ниже диаграмме, гибридный электромобиль будет преодолевать в два раза большее расстояние, чем обычный автомобиль при том же количестве энергии. Двигатель внутреннего сгорания неэффективен не только из-за количества потерь энергии, возникающих при передаче энергии из жидкого состояния в трансмиссию, но также становится более неэффективным, когда транспортное средство не движется, а двигатель все еще потребляет энергию. .

Гибридный электромобиль может использовать энергию, вырабатываемую его вспомогательным двигателем, даже когда автомобиль не движется, сохраняя энергию, вырабатываемую на холостом ходу, в аккумуляторной батарее. Кроме того, HEV восстанавливают 10% или более энергии, потребляемой при движении транспортного средства во время замедления, за счет изменения направления тока от приводных двигателей. Двигатели становятся генераторами, а энергия возвращается в батарею в процессе, известном как рекуперативное торможение. Это также помогает продлить срок службы тормозной системы.

Вернуться к началу

Серийный гибрид

В последовательном гибриде к колесам подключается только электродвигатель. В «классической» серии HEV электрический генератор, соединенный с двигателем, подает электричество для аккумулятора, который, в свою очередь, питает электродвигатель. Как правило, установка двигатель/генератор поддерживает заряд батареи на уровне 60-80%. Когда батарея достигает нижнего предела, двигатель запускается. Точно так же, когда батарея достигает верхнего предела, двигатель выключается. Однако в гибридных электромобилях некоторых серий электроэнергия для двигателя может поступать как от аккумуляторных батарей, так и от двигателя/генераторной установки. Поскольку к колесам подключены только электродвигатели, двигатель может работать с оптимальной производительностью, что значительно снижает выбросы.

Вернуться к началу

Параллельный гибрид

Параллельные гибриды имеют механическое соединение с колесами от электродвигателя (двигателей) и двигателя, что позволяет автомобилю разгоняться быстрее, чем серийные гибриды. Эти автомобили не нуждаются в специальном генераторе и подключены к электрической сети для подзарядки аккумуляторов (хотя электродвигатель можно использовать в качестве генератора для подзарядки аккумуляторов через муфту). В параллельном HEV электродвигатель помогает двигателю во время запуска и ускорения.

Примером параллельного гибридного автомобиля является автобус HIMR (HINO Motors) в Японии.

Вернуться к началу

Двухрежимный гибрид

Двухрежимный гибрид — это в основном параллельный гибрид с отдельным генератором, который также позволяет перезаряжать батареи. В нормальных условиях движения двигатель приводит в движение как колеса, так и генератор, который, в свою очередь, подает питание на электродвигатель и аккумуляторы. Во время полного ускорения или при большой нагрузке двигатель получает дополнительную мощность от аккумулятора.

Пожалуй, самым успешным двухрежимным гибридом является Toyota Prius. В Prius, когда автомобиль начинает движение, двигатель выключается, и только электродвигатель приводит в движение колеса, получая энергию от аккумуляторов.

Вернуться к началу

Гибриды с поддерживающим и не поддерживающим зарядом

Кроме того, гибриды могут быть определены как «поддерживающие заряд» или «не поддерживающие заряд». В системе HEV с «поддерживающим зарядом» гибридный источник питания способен обеспечивать достаточную энергию независимо от накопителя (обычно от батареи) для управления транспортным средством, как если бы оно было обычным транспортным средством. Пока у гибрида есть топливо для двигателя, автомобиль будет работать.

Гибридный источник питания в HEV с «неподдерживающим зарядом» способен обеспечивать только энергию для подзарядки и не может сам по себе обеспечивать энергию, необходимую для движения транспортного средства. Если для разгона HEV требуется мгновенная мощность 120 кВт, а гибридный источник питания способен обеспечить только 60 кВт, HEV считается системой с «неподдерживающей зарядкой», поскольку двигатель/генератор не может производить энергию, необходимую для ускорения. средство передвижения. Эта система должна иметь дополнительную энергию от накопителя (аккумулятора) для удовлетворения энергетических потребностей автомобиля. Систему «неподдерживающего заряда» часто называют «расширителем диапазона», поскольку она предназначена для увеличения диапазона транспортного средства.

Наверх

Зачем ставить двигатель внутреннего сгорания в электромобиль?

Вы, наверное, спрашиваете себя, зачем кому-то браться за все хлопоты по созданию электромобиля, а потом ставить в него двигатель внутреннего сгорания. Есть много причин, почему это делается, некоторые по выбору, а другие по необходимости. Существующая технология аккумуляторов не обеспечивает электромобилям диапазон, приемлемый для потребителей. Средний путь до работы составляет около 40 миль. В настоящее время прогнозируется, что электромобили будут иметь запас хода в диапазоне 80-100 миль с использованием передовых технологий аккумуляторов, таких как NiMH. Опросы показывают, что этот диапазон является пограничным для желаний пассажиров.

Потребности в транспорте выходят за рамки типичного семейного автомобиля. Есть грузовики, автобусы и другие коммерческие транспортные средства, которые также могут извлечь выгоду из технологии EV, но размер этих типов транспортных средств еще больше сокращает диапазон, который может обеспечить текущая аккумуляторная технология. Именно здесь гибридная концепция становится очень ценной. Поскольку в HEV есть два источника энергии, вспомогательный источник энергии, которым обычно является двигатель внутреннего сгорания, может быть значительно уменьшен в размерах. Хорошим примером этого является гибридный электрический HMMWV, автомобиль военного назначения, разработанный и построенный PEI Electronics в рамках гранта DARPA. Оригинальный двигатель в автомобиле был примерно 9литров, и был заменен 288-вольтовой свинцово-кислотной батареей и 2-литровым вспомогательным двигателем.

Гибридные вспомогательные электрические источники энергии имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания. Начнем с того, что альтернативные виды топлива (такие как природный газ, пропан, сжиженный природный газ и компримированный природный газ) не вызывают коррозии и не токсичны, обладают высокой температурой воспламенения, легче воздуха и имеют узкий диапазон воспламеняемости, что делает альтернативные виды топлива безопасные по своей природе виды топлива по сравнению с другими источниками топлива. Альтернативные виды топлива не загрязняют почву или воду. Альтернативные виды топлива всегда будут подниматься в атмосферу на открытом воздухе, в отличие от других видов топлива, которые тяжелее воздуха и могут скапливаться на земле в виде жидкости или пара. Альтернативные виды топлива содержат характерный одорант, который позволяет обнаруживать его при концентрации в воздухе 0,5%, что значительно ниже уровней, которые могут вызывать сонливость из-за вдыхания, и значительно ниже самой слабой концентрации, которая может поддерживать горение.

Вернуться к началу

Как насчет выбросов?

Эти виды топлива дополнительно снижают вредные выбросы. Поскольку двигатель рассчитан на некоторую среднюю нагрузку, а батарея обеспечивает энергию для пиковых нагрузок, двигатель можно настроить или управлять им с помощью компьютера, чтобы он работал с максимальной эффективностью. Двигателю не нужно ускоряться или замедляться при изменении нагрузки.

Природный газ является наиболее экологически чистым альтернативным топливом. Выбросы выхлопных газов двигателей, работающих на природном газе, намного ниже, чем у аналогичных автомобилей, работающих на бензине. Например, выбросы окиси углерода из природного газа примерно на 70 процентов ниже, выбросы неметановых органических газов — на 89 процентов.процентов ниже, а выбросы оксидов азота на 87 процентов ниже. В дополнение к этому сокращению загрязняющих веществ, природные газы также выделяют значительно меньше парниковых газов и токсинов, чем автомобили, работающие на бензине.

При заправке и использовании природный газ практически не выделяет испарений. Для автомобилей с бензиновым двигателем выбросы в результате испарения и заправки топливом составляют не менее 50 процентов от общего объема выбросов углеводородов автомобиля. Использование природного газа в качестве альтернативного топлива для HEV может снизить выбросы углекислого газа почти на 20 процентов.

Было показано, что воздействие таких уровней взвешенных мелких твердых частиц, обнаруженных во многих городах США, увеличивает риск респираторных заболеваний. Дизельный выхлоп рассматривается как опасный загрязнитель воздуха. Двигатели, работающие на природном газе, производят лишь незначительное количество этого вещества.

На единицу энергии природные газы содержат меньше углерода, чем любое другое ископаемое топливо, и, таким образом, производят меньше выбросов CO2 на милю пробега транспортного средства. Хотя двигатели, работающие на природном газе, действительно выделяют метан, еще один основной парниковый газ, любое незначительное увеличение выбросов метана будет более чем компенсировано существенным сокращением выбросов CO2 по сравнению с другими видами топлива.

Использование природного газа во вспомогательном двигателе также снижает уровень выбросов окиси углерода (примерно на 70 процентов ниже, чем у сопоставимого бензинового автомобиля) и летучих органических соединений. Хотя эти два загрязнителя сами по себе не являются парниковыми газами, они играют важную роль в разрушении метана и некоторых других парниковых газов в атмосфере
и, таким образом, увеличивают глобальную скорость разложения метана.

В то время как обычный бензин содержит больше энергии на единицу объема по сравнению с альтернативными видами топлива (показано в таблице ниже), разница в стоимости между бензином и альтернативными видами топлива компенсирует потерю энергии на единицу объема пробега.

Наверх

Вернуться к началу

Топливные элементы

Продолжаются исследования, направленные на то, чтобы сделать гибридные электромобили еще более эффективными и экологичными. Основной упор на данный момент делается на методы накопления энергии. Первичные накопители энергии транспортных средств, такие как топливные элементы, могут повысить энергоэффективность. Топливный элемент — это электрохимическое устройство, в котором топливо реагирует с кислородом, высвобождая электроны и производя электричество. Самое большое преимущество топливного элемента заключается в том, что он производит нулевые выбросы.

Транспортные средства на топливных элементах представляют собой привлекательный шаг вперед по сравнению с транспортными средствами с батарейным питанием. Они предлагают преимущества питания от батареи, но могут быть быстро перезаряжены и могут работать дольше между дозаправками. В настоящее время разрабатывается множество различных типов топливных элементов, и все еще происходит усовершенствование устройств, которые еще не поступили на производственную линию. Наиболее распространенный тип топливного элемента известен как топливный элемент PEM. Эти топливные элементы имеют мембрану протонного обмена, через которую мигрируют протоны атомарного размера, в то время как свободные электроны большего размера проходят через внешнюю цепь в виде электричества.

Справа показан топливный элемент Ballard PEM. Топливный элемент состоит из двух электродов, анода и катода, разделенных электролитом из полимерной мембраны. Каждая сторона электродов покрыта с одной стороны тонким слоем платинового катализатора. Электроды, катализатор и мембрана вместе образуют узел мембранного электрода. Водородное топливо диссоциирует на свободные электроны и протоны (положительные ионы водорода) в присутствии платинового катализатора и анода. Свободные электроны проводятся в виде полезного электрического тока через внешнюю цепь. Протоны мигрируют через мембранный электролит к катоду. На катоде кислород из воздуха, электроны из внешней цепи и протоны объединяются, образуя чистую воду и тепло. Отдельные топливные элементы производят около 0,6 вольт и объединяются в блок топливных элементов для обеспечения необходимого количества электроэнергии.

Вернуться к началу

В блоке топливных элементов (показанном слева) газы (водород и воздух) подаются к электродам по обеим сторонам PEM через каналы, образованные в пластинах поля потока. Водород по каналам поступает к аноду, где платиновый катализатор способствует его разделению на протоны и электроны. На противоположной стороне ФЭМ воздух течет по каналам к катоду, где кислород воздуха притягивает протоны водорода через ФЭМ. Электроны захватываются в виде полезного электричества через внешнюю цепь и объединяются с протонами и кислородом, образуя водяной пар на стороне катода.

Одной из основных проблем с топливными элементами будет инфраструктура. Есть несколько заправочных станций, которые продают водород. Использование реформера для преобразования других видов топлива в водород увеличивает стоимость топливных элементов и упаковки топливной системы. Таким образом, хотя разработка топливных элементов для автомобилей может быть близка, обычное использование может занять много лет.

Вернуться к началу

Маховики

Другим многообещающим устройством, способным накапливать энергию, является маховик. Маховики накапливают энергию механически. Для поглощения энергии маховик преобразует электрическую энергию в кинетическую с помощью встроенного двигателя, заставляя ротор маховика вращаться быстрее. Для подачи энергии кинетическая энергия, хранящаяся в роторе, преобразуется в электрическую энергию с помощью того же двигателя с обратной полярностью катушек возбуждения, в результате чего энергия поступает в батарею.

Маховик работает по тому же принципу, что и функция рекуперативного торможения, но для выработки энергии использует скорость ротора, а не импульс транспортного средства.

Гибридные диски: как они работают

Мин. время чтения

Теги: Emobility

Мартин Вестерхофф изучал технологическую журналистику и с тех пор пишет о транспортных средствах и технологиях. Он питает слабость к автоспорту и гоночным автомобилям.

Одной из наиболее важных задач при разработке транспортных средств на сегодняшний день является сокращение выбросов парниковых газов. В конечном счете, цель состоит в том, чтобы замедлить прогрессирующее изменение климата. Согласно резолюции стран ЕС, например, к 2030 году новые автомобили должны выбрасывать на 35 процентов меньше CO2, чем в 2020 году. Эта цель не может быть достигнута ни за счет чисто аккумуляторных электромобилей из-за их небольшого количества, ни за счет оптимизации существующего бензина. или дизельные двигатели. Решение состоит в том, чтобы объединить двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели для создания гибридного привода. Чем больше диапазон, который может быть охвачен чисто электрически, тем лучше для окружающей среды.

Различные гибридные концепции

Различные гибридные концепции

Но гибридные диски не одинаковы. В зависимости от расположения и распределения задач двигателя внутреннего сгорания, электродвигателя, генератора и трансмиссии, специалисты подразделяют гибридные концепции на последовательные, параллельные и гибридные приводы с разделением мощности. В рамках этих категорий на протяжении многих лет разрабатывались различные гибридные концепции. Однако, если взглянуть на гибридные архитектуры, используемые в настоящее время в массовом производстве, можно увидеть некоторые основные тенденции развития.

Серийный гибридный привод состоит из двигателя внутреннего сгорания, соединенного с генератором. Это дополняется электродвигателем для привода колес. Единственной задачей двигателя внутреннего сгорания является приведение в действие генератора для выработки электроэнергии. Эта электроэнергия используется для привода транспортного средства либо одним электродвигателем с дифференциалом, либо двумя двигателями на ось без дифференциала.

Главное преимущество этой концепции: двигатель внутреннего сгорания может работать независимо от условий движения, а аккумулятор можно заряжать даже на стоящем автомобиле. Энергия, хранящаяся в аккумуляторе серийного гибрида, также позволяет двигаться на чистом электротяге при выключенном двигателе внутреннего сгорания. В современных электромобилях с батарейным питанием двигатель внутреннего сгорания также используется в качестве так называемого удлинителя запаса хода. Это гарантирует, что транспортное средство не остановится из-за разряженного аккумулятора.

Двигатель внутреннего сгорания и ведущие колеса не связаны механически. Двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор, генерируемая энергия которого накапливается в аккумуляторе. Эта энергия используется для электродвигателя, который приводит в движение колеса.

В отличие от серийного гибрида, параллельный гибрид имеет механическую связь между двигателем внутреннего сгорания и колесом. Передача мощности в трансмиссии, приводимая в действие двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем, соответственно, может гибко варьироваться – в этом случае транспортное средство приводится в движение либо чисто электрически, либо исключительно двигателем внутреннего сгорания, либо обоими приводами одновременно. В параллельных гибридах выходная мощность электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания суммируется, чтобы сформировать общую мощность. Помимо двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, такие гибридные приводы также нуждаются в одной или нескольких трансмиссиях, сцеплениях или муфтах свободного хода.

В зависимости от выходной мощности и набора функций специалисты различают мягкие и полные гибриды. Мягкий гибрид является самым простым и экономичным гибридом. Он встроен в ременную передачу двигателя внутреннего сгорания в качестве стартер-генератора или напрямую соединен с коленчатым валом. При сравнительно низком напряжении системы в 48 вольт мягкий гибрид уже обеспечивает экономичную рекуперацию неиспользуемой энергии торможения. Кроме того, он включает функции автоматической остановки двигателя и движения накатом для экономии топлива, которые всегда выключают двигатель внутреннего сгорания, когда он не нужен. И последнее, но не менее важное: мягкий гибрид также поддерживает двигатель внутреннего сгорания при ускорении.

Мягкий гибрид, интегрированный в ременную передачу двигателя внутреннего сгорания в качестве стартер-генератора или напрямую связанный с коленчатым валом. При напряжении в системе всего 48 вольт мягкий гибрид обеспечивает экономичную рекуперацию неиспользуемой энергии торможения. Также возможно: функции автоматической остановки двигателя и движения накатом для экономии топлива, которые всегда выключают двигатель внутреннего сгорания, когда он не нужен.

В значительно более мощной полной гибридной системе приводной электродвигатель интегрирован в трансмиссию автомобиля. Значительно более высокое системное напряжение, до 600 вольт, также позволяет использовать только электродвигатель для тяжелых транспортных средств, таких как внедорожники, с достаточной производительностью для повседневных задач вождения, а также для поездок на большие расстояния.

Для экономии монтажного пространства электродвигатель встроен в корпус коробки передач. Эта гибридная версия позволяет транспортному средству управляться исключительно электрически или только с двигателем внутреннего сгорания. Во время наддува электродвигатель поддерживает двигатель внутреннего сгорания при ускорении. Во время торможения электродвигатель превращается в генератор, преобразующий энергию торможения в электрическую энергию, хранящуюся в аккумуляторе.

В отличие от последовательных гибридов, в параллельных полногибридных системах требуется только один электродвигатель, который работает либо как приводной двигатель, либо как генератор, в зависимости от рабочего состояния. Выходная мощность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя может масштабироваться независимо друг от друга, что означает, что компоненты системы могут лучше адаптироваться к стилю вождения.

Современные концепции транспортных средств, как правило, основаны на экономичных модульных концепциях. Здесь легковые автомобили используют общую платформу. Различные модули позволят реализовать различные концепции привода. Параллельная гибридная концепция предлагает здесь большую гибкость. В полном гибриде со стороны трансмиссии полный гибридный привод интегрирован в трансмиссию. Это позволяет относительно легко интегрировать новую технологию в трансмиссию заднеприводных автомобилей, поскольку требуется лишь несколько изменений.

Однако возможна и другая параллельная гибридная архитектура, а также конфигурации системы в зависимости от платформы автомобиля, доступного места для установки, стоимости и желаемого объема функций. Вместо обычного неведущего заднего моста установлен узел, состоящий из моста, входного вала, электродвигателя и управляющей электроники. В качестве дополнительной ценности эта концепция также предлагает функцию полного привода. В этом случае система контроля тяги активирует электрический задний привод в дополнение к переднему приводу, приводимому в действие двигателем внутреннего сгорания по требованию.

Вместо обычного неведущего заднего моста устанавливается узел, состоящий из моста, входного вала, электродвигателя и управляющей электроники. В качестве дополнительной ценности эта концепция также предлагает функцию полного привода.

Все описанные гибридные варианты могут быть сконфигурированы как подключаемые гибриды. Подключаемый гибрид отличается аккумулятором большей емкости. Он позволяет ездить исключительно на электричестве на большие расстояния. Особенность подключаемого гибрида: аккумулятор подзаряжается не только во время рекуперации — например, при торможении, — но также может заряжаться при подключении автомобиля к внешней системе электропитания. Чем больше батарея, тем больше диапазон, который может быть покрыт чисто электрически. Подключаемый гибрид — это, с одной стороны, мостик к электромобилю на чистом аккумуляторе, но, с другой стороны, благодаря двигателю внутреннего сгорания он также предлагает неограниченную мобильность на дальние расстояния.

Гибрид с разделением мощности представляет собой комбинацию последовательного и параллельного гибрида. В этом типе гибрида мощность двигателя внутреннего сгорания делится на механическую и электрическую составляющие. В основе современных стандартных систем лежит планетарный редуктор — в дополнение к двигателю внутреннего сгорания и двум электродвигателям. Одна из электрических машин работает как двигатель, другая как генератор. В этой системе двигатель внутреннего сгорания передает часть своей мощности непосредственно на колеса, а генератор одновременно преобразует остальную часть в электрическую энергию. Аккумулятор накапливает эту энергию и при необходимости передает ее электродвигателю, который интегрирован в поток мощности колес. С одной стороны, это делает возможным чисто электрическое вождение, а с другой стороны, двигатель внутреннего сгорания может работать в диапазонах частоты вращения и нагрузки с оптимизированным расходом топлива, поскольку энергия, которая временно не требуется для привода, временно накапливается. Однако из-за специфических свойств планетарной передачи выходная мощность двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя должна быть точно согласована в этой гибридной конфигурации.

Электрификация трансмиссии скоро станет стандартной

Электрификация трансмиссии скоро станет стандартной использоваться в основном для более крупных транспортных средств. Подключаемый гибрид лучше всего сочетает в себе преимущества электропривода и двигателя внутреннего сгорания и предлагает своим пользователям наибольшую степень гибкости.

статьи по теме

Гибридный автомобиль: экологичный выбор

Гибридный автомобиль: экологичный выбор. Стоит ли покупать гибридный автомобиль?

Автомобильный рынок постоянно развивается, и гибридный автомобиль является важной частью будущего автомобилестроения. Действительно, гибриды становятся все более популярными по всей Европе.
Правительства и региональные власти также поощряют этот переход на гибридные технологии.
Люди, выбравшие гибридный автомобиль, могут воспользоваться скидками, часто очень большими, например, на освобождение от налога на владение автомобилем.
Удобство гибридного автомобиля также измеряется с точки зрения государственных льгот и скидок, таких как бесплатный доступ к зонам с ограниченным движением и обход блокированных дорог, в зависимости от того, где вы живете.
Эти награды существуют для поощрения использования гибридов, поскольку гибридные автомобили сочетают в себе электрический двигатель с традиционным бензиновым или дизельным двигателем, что позволяет значительно экономить топливо.
Гибридный автомобиль, по сути, это прежде всего автомобиль, защищающий окружающую среду, снижающий расход топлива и выбросы CO ₂ выбросов по сравнению с традиционными автомобилями.

Чистая и экологичная технология

Гибридный автомобиль — идеальный выбор для людей, которые хотят бережно относиться к окружающей среде, снижая потребление и выброс загрязняющих газов. Это связано с тем, что его двигатель внутреннего сгорания поддерживается электрическим, который выполняет несколько функций, таких как преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию, зарядка аккумулятора электродвигателя и рекуперация энергии во время рекуперативного торможения.

Вождение гибридного автомобиля не только вносит весомый вклад в сокращение выбросов CO ₂ , но и дает экономические и другие преимущества, такие как:

1. Снижение шумового загрязнения, поскольку гибридный двигатель издает гораздо традиционный.

2. Езда по городу, поскольку двигатель гибридного автомобиля лучше всего подходит для коротких поездок в хаотичном городском потоке.

3. Гибридный автомобиль так же прост в обслуживании, как и классический автомобиль. Никаких особых вмешательств в электрическую часть автомобиля не требуется.

Меньше загрязнения, больше преимуществ

Если вы выбираете гибридный автомобиль, вы выбираете меньшее потребление топлива и меньшее загрязнение окружающей среды. Гибридный автомобиль помогает снизить расход топлива и связанные с ним расходы.
Действительно, одним из главных преимуществ гибридного автомобиля является освобождение от налогов. Смешанный автомобиль предлагает значительные преимущества, хотя они различаются от региона к региону.
Обычно гибридные автомобили освобождаются от налога на имущество автомобиля на срок до пяти лет после их первой регистрации .
Они также очень удобны в управлении: с более низким уровнем шума и двигателем внутреннего сгорания обеспечивают хорошую производительность на расстоянии.

Преимущества гибрида можно резюмировать следующим образом:
Экономия .
Налог на имущество автомобиля ниже для гибридного автомобиля, потому что он рассчитывается только на лошадиных силах теплового двигателя.
Мобильность .
В зависимости от постановлений местного совета гибридные автомобили могут ездить бесплатно или по сниженной цене в зоне с ограниченным движением.
Экология .
Гибридные автомобили безвредны для окружающей среды, поскольку они выделяют меньше CO ₂ в окружающую среду. Встроенный электродвигатель ограничивает расход топлива.
Также было показано, что водители гибридных автомобилей гораздо более расслаблены, чем водители обычных.

Гибрид и гибридный плагин: сходства и различия.

Гибридный автомобиль и гибридный автомобиль с подключаемым модулем обеспечивают очень низкий уровень выбросов CO ₂ выбросы и низкий расход топлива, но отличаются принципом работы.
Гибридный автомобиль с подключаемым модулем представляет собой дальнейшее развитие гибрида и представляет собой комбинацию гибридного и электрического автомобиля. Гибридный автомобиль с подключаемым модулем также может эффективно использовать бензиновый двигатель, как и гибридный автомобиль. Таким образом, водителю не нужно беспокоиться о том, что электричество может закончиться при длительных поездках.
Внедрение штепсельной розетки делает гибриды более универсальными. Опция дополнительной зарядки означает, что вам не нужно полагаться на двигатель, поэтому вы можете зарядить аккумулятор дома и использовать зарядку на следующий день, увеличивая запас хода автомобиля и снижая потребление.
Настоящая разница между гибридными и подключаемыми гибридными автомобилями заключается в том, что последние не нуждаются в двигателе внутреннего сгорания для подзарядки, но могут использовать внешний источник питания.

Союзник окружающей среды

Гибридный автомобиль — лучший выбор для тех, кто ищет функциональный и экологически чистый автомобиль. Действительно, можно сказать, что гибридный двигатель — настоящий союзник природы, гораздо больший, чем традиционные автомобили. Гибридные автомобили минимизируют вредные выбросы, поскольку их двигатель поддерживается электрическим, что делает его более экологичным.
Снижение выбросов CO ₂ пропорционально снижению расхода топлива, обеспечиваемому гибридной системой. Это идеальное сочетание электродвигателя и бензинового двигателя обеспечивает невероятно низкий уровень выбросов для семейного автомобиля.
Если бы все автомобили были гибридными, ежегодно в атмосферу выбрасывалось бы на 247 миллионов тонн CO ₂ меньше. Наличие встроенного электродвигателя ограничивает расход топлива для теплового.
Гибридная технология особенно важна при вождении по городу, когда второй бесшумный двигатель с нулевым уровнем выбросов становится ценным союзником для окружающей среды.

Гибрид

В 2020 году Fiat выпустил две гибридные модели: Panda Hybrid и 500 Hybrid. Эти автомобили были нацелены на то, чтобы стать первой точкой соприкосновения с водителями по всей Европе, которым еще предстояло испытать преимущества электромобильности на собственном опыте. Эти две модели, названные в честь низковольтного мощного 12-вольтового ременного стартер-генератора (BSG), начали прокладывать путь бренда к полностью электрифицированной линейке автомобилей.

Архитектура BSG обещает ощутимые преимущества для всех, кто садится за руль. Точнее, микроэлектродвигатель помогает традиционным двигателям внутреннего сгорания обеспечивать более плавную и тихую езду. Он способен добавить толчок мощности при перезапуске и микроускорение при ускорении. Это обеспечивает более плавный запуск и остановку на светофоре или в плотном потоке — простой и эффективный способ снизить расход топлива и выбросы CO2.

В 2022 году Fiat укрепляет свой прочный фундамент, добавляя к линейке электромобилей два гибридных автомобиля: Tipo и 500x. Эти два автомобиля отвечают требованиям повседневных водителей в отношении вместительных и универсальных автомобилей. Благодаря передовой технологии, которая включает в себя ту же 12-вольтовую BSG и 48-вольтовую электронную машину, способную выдавать мощность до 15 кВт, Tipo и 500X во многих отношениях выигрывают от электрификации.

Гибридные автомобили также позволяют въезжать в зоны LTZ (зоны ограниченного движения) крупных городов. В дополнение к этому, что особенно важно, до 11 % меньше расхода топлива*. Хорошо для окружающей среды и хорошо для вашего кошелька, и это только начало.

На Tipo и 500X электродвигатель устанавливается между двигателем и трансмиссией. Такое размещение имеет важное значение для обеспечения преимуществ и ускорения электрификации без потери комфорта и ощущения от традиционного двигателя. Электродвигатель мощностью 15 кВт обеспечивает бесшумный старт и плавные переходы между режимами Stop&Go и переключением передач для заметно более тихой езды. Он даже позволяет транспортному средству двигаться исключительно на электроэнергии в течение ограниченного периода времени на более низких скоростях.

В отличие от подключаемых гибридных моделей, новый гибрид не требует подключения к электросети. Аккумулятор автомобиля заряжается двумя способами. Первый метод работает за счет замедления благодаря электронному движению накатом, которое происходит, когда автомобиль замедляется; в то время как второй метод работает с рекуперативным торможением: когда автомобиль останавливается, электродвигатель использует отрицательный крутящий момент для перезарядки. В автомобилях HYBRID электродвигатель также оптимизирует работу двигателя внутреннего сгорания, что улучшает впечатления от вождения и динамику. При ускорении мощность 15 кВт увеличивает крутящий момент на колеса для мгновенного ускорения, а во время торможения — для более плавной и эффективной остановки.

*По сравнению с бензиновым двигателем 1.3 T4

Гибридная архитектура, разработанная Fiat, обладает уникальными возможностями электромобиля, которые оставляют настоящий след, всегда в зависимости от условий движения и уровня заряда аккумулятора:

  E-Creeping: автомобиль может медленно двигаться на чистом электричестве с помощью eMotor, просто отпуская тормоз, когда ДВС выключен.

  Электронный запуск: автомобиль может запускаться с помощью eMotor при выключенном ДВС, отпуская тормоз и управляя педалью газа.

  E-Queuing: Идеально подходит для зон с интенсивным движением, транспортное средство может использовать функцию Stop&Go в сочетании с электронным сползанием.