Гибридный двигатель (или гибрид) – силовая установка, которая использует несколько видов топлива (два и более источника) и синергетический эффект от их совместного применения. Это может быть бензин и электроэнергия, бензин и газ, дизель и электроэнергия, водород, бензин и электроэнергия, а также множество других сочетаний. Благо, современная техника позволяет это делать.

История гибридных двигателей.

Считать гибридный двигатель каким-то суперсовременным изобретением – небольшое заблуждение. Да, современные гибриды – это высокотехнологичный инженерный проект, но если разобраться, то гибридный двигатель ведет свою историю еще с XIX-XX веков. Так, в 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производить автомобили с гибридными двигателями.

Чуть позже в 1900 году производство гибридов начала осваивать и знаменитая американская корпорация General Electric. Интересно, что гибридные грузовики изготовлялись в Чикаго до 1940 года, хотя, в целом, это было несерийное производство.

Не прижилась гибридная технология в то время в силу нескольких причин. Во-первых, цены на топливо и энергоресурсы в те годы были настолько низкими, что отбивали любую экономическую целесообразность производства гибридов. Во-вторых, мощность обычного бензинового двигателя тогда была, однозначно, намного большей.

Энергетический кризис последних лет, связанный со стремительным ростом цен на энергоносители, а также ужесточение экологических норм подстегнули производителей к разработке и производству эффективных гибридных двигателей нового поколения. Современный гибрид – это, как правило, система из двух основных силовых установок: бензиновой (или дизельной) и электрической. Кроме них, в цепи задействовано еще несколько обеспечивающих узлов. Например, ими могут быть: электрогенератор, аккумуляторная батарея (накапливает заряд), инвертор (преобразует постоянный ток в переменный) и электронный вариатор. Все это контролируется и управляется современным мощнейшим компьютером, который повышает эффективность использования энергоресурсов в десятки раз по сравнению с традиционным ручным или аналоговым управлением. Топливная часть системы может работать одновременно с электрической, но предусмотрены и раздельные циклы. Важно, что во время работы топливной системы, электрическая не простаивает, а накапливает (аккумулирует) энергию.

Устройство, принцип работы гибридного двигателя. На сегодняшний день существует несколько типов гибридов:

• Последовательный (series hybrid). При такой схеме двигатель внутреннего сгорания приводит в движение генератор, электроэнергия от которого запитывает электродвигатель. Последний, в свою очередь, вращает колеса автомобиля. Такой подход позволяет использовать бензиновый двигатель малой мощности при условии, что он будет постоянно работать при максимальном КПД. Автомобили с такой схемой, как правило, малолитражные и имеют крупную батарею (например, Chevrolet Volt);
• Параллельный (parallel hybrid). В этом случае колеса автомобиля приводит в движение и бензиновый двигатель, и электрический. В зависимости от условий движения электродвигатель может создать дополнительную мощность. Такая схема встречается очень часто. Аккумуляторы в этом случае компактные и заряжаются прямо во время движения транспортного средства. Главный недостаток тут в том, что электродвигатель не может одновременно вращать колеса и заряжать батарею. Подобная схема реализована на автомобилях Civic Hybrid и Volkswagen Touareg Hybrid;
• Последовательно-параллельный (смешанный). Из названия легко предположить, что третий тип совмещает в себе два предыдущих. На данный момент это наиболее эффективная схема гибрида. Для вращения колес может использоваться комбинированная тяга (бензиновый двигатель плюс электродвигатель). Кроме того, электродвигатель может одновременно вырабатывать электроэнергию (работать в качестве генератора) и создавать тягу (как мотор). Недостаток схемы в ее очень высокой стоимости.

В пример смешанной схемы можно привести гибридную силовую установку Hybrid Synergy Drive от Lexus (Toyota). Тут бензиновый двигатель объемом 3.3 литра, 2 электродвигателя и аккумуляторная батарея. Для связи между тремя этими элементами конструкции используется устройство распределения энергии с компактной планетарной передачей, которая снижает потери энергии на трении. Для управления потоками энергии имеется блок управления и полупроводниковое устройство переключения. Инвертор в установке HSD преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для электродвигателя.

Для движения автомобиля на небольших скоростях и для старта используется электродвигатель. Это позволяет сэкономить бензин и плавно тронуться с места. При переходе в нормальный режим езды включается бензиновый двигатель, который работает параллельно с электромоторами. Излишки энергии отдаются на аккумулятор. Во время разгона активно работает двигатель внутреннего сгорания. В режиме торможения используется так называемая рекуперативная система торможения, когда электродвигатели работают в генераторном режиме, подзаряжая аккумулятор. Т.е. в основных режимах работы используется бензиновый двигатель, а в промежуточных (переходных) электрический.

Преимущества и недостатки гибридного двигателя. Конечно же, несмотря на высокий уровень технологий, гибридная установка имеет как неоспоримые преимущества, так и некоторые недостатки, над которыми продолжают работать ведущие инженеры. Начнем с достоинств:

• эффективный расход топлива и его экономия до 35%;
• низкий уровень токсичности выхлопных газов;
• низкий шум;
• отличная управляемость и более плавный разгон автомобиля;
• полный контроль установки при помощи бортового компьютера и электронных систем;
• компоненты батареи гибридных автомобилей легко утилизировать и перерабатывать;
• система рекуперативного торможения помогает сохранить энергию;
• длительный срок службы батареи у гибридного транспортного средства.

Среди недостатков гибридов стоит упомянуть такие:

• высокая стоимость автомобилей с гибридной силовой установкой;
• большая стоимость комплектующих запчастей и ремонта. Самостоятельно ремонтировать вряд ли получится, а полноценный сервис подобным автомобилям пока могут предоставить только в очень крупных городах. Кроме того, могут возникнуть заминки с поставкой нужных запчастей;
• электрическая система плохо переносит значительные перепады температур.

Популярным заблуждением относительно гибридных двигателей является миф о потере мощности и эффективности силовой установки. Это не так, с мощностью у гибрида полный порядок. Кроме того, не требуется какое-либо специальное топливо для заправки.

Ведущие мировые автопроизводители уже по достоинству оценили преимущества гибридных двигателей. С каждым годом количество гибридных автомобилей растет, завоевывая все большую популярность у водителей. Рынки расширяются. Гибридный двигатель – настоящий шедевр инженерной мысли, суперсовременное экономичное и экологичное устройство, за которым ближайшее будущее мирового автопрома. В виду удорожания углеводородного топлива можно смело предсказать, что уже через 5-10 лет гибридные силовые установки будут широко распространены по всему миру.

Всё больше, в последнее время, человек задумывается об экологии. Не исключением становится и автоиндустрия. С каждым годом повышаются экологические стандарты, а с этим модернизируются и усовершенствуются двигатели транспортных средств. Гибридный двигатель – одно из решений улучшения экологичности использования автомобиля.

Что такое гибридный двигатель

Что же такое гибридный двигатель и его устройство? Само слово «гибрид» переводится с латыни, как «помесь». По факту – это помесь классического варианта силового агрегата и электромотора. Так, привод ведущих колёс ведётся путём вращения при помощи обычного двигателя внутреннего сгорания или электромотором.

Каждый из силовых агрегатов выполняет в движение определённую функцию. Так, когда транспортное средство стоит в городских пробках, то движение осуществляется при помощи электромотора, а вот на трассе в работу вступает бензиновая силовая установка.

Плюсы «гибрида»

Пожалуй, самым большим плюсом в использовании гибридного силового агрегата является его экономичность. Как правило, такой мотор потребляет на 25-30% меньше горючего, от стандартных бензиновых двигателей.

Вторым позитивным моментом является – высокая экологическая норма. Поскольку уменьшается расход топлива, то в экосистему идёт меньше выбросов отработанных выхлопных газов.

Третьим плюсом становится то, что батареи для электромотора заряжаются от бензинового двигателя и если они сядут, то всегда можно переключиться на бензин. Сюда же можно отнести одинаковые технические характеристики. По мощностным характеристикам «гибрид» ничем не уступает обычному мотору.

Лучше всего «гибридный» двигатель чувствует себя в городском цикле использования, где есть частые остановки. В таком случае, в основном, работает сам электромотор. Во многих странах на «гибридных» автомобилях ездит городская полиция.

Минусы использования «гибрида»

Первым минусом, который стоит отметить, является дорогой ремонт гибридных моторов. Производители «гибрида» объясняют это тем, что силовой агрегат является конструктивно сложным, что в обслуживании, так и в восстановлении.

Аккумуляторные батареи гибридного движка, достаточно чувствительные к перепадам и снижению температуры, из-за чего при падении ниже -15 градусов Цельсия, они быстро разряжаются, и эксплуатация проводится в основном на бензине.

Высокая стоимость самого транспортного средства с гибридным мотором. Не каждый автолюбитель способен позволить себе машину, которая стоит 20 000 $. Несмотря на это, ряд стран ввели льготные налоги на растаможивание, регистрацию и использование гибридных движков, чтобы стимулировать покупателей к покупке данных автомобилей. На территории стран СНГ это пока не сделалось.

Современные показатели

Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, кроссоверов серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса - Lexus LS 600h.

По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford(Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Массовое производство гибридных автомобилей сдерживается дефицитом никель-металлогидридных аккумуляторов.

В 2006 году в Японии было продано 90410 гибридных автомобилей, что на 47,6 % больше, чем в 2005 году.

В 2007 году продажи гибридных автомобилей в США выросли на 38 % в сравнении с 2006 годом. Гибридные автомобили в США занимают 2,15 % рынка новых легковых автомобилей. Всего за 2007 год в США было продано около 350000 гибридных автомобилей (без учёта продаж корпорации GM).

Всего с 1999 года до конца 2007 года в США было продано 1 002 000 гибридных автомобилей.

Вывод

Как показывает современная тенденция, всё больше автомобилистов начинает предпочитать гибридные силовые агрегаты. Они более экономичные, бесшумные и экологичные. Недостатком использования является дорогой ремонт, и чувствительность батарей к перепаду температуры.

Как работает, рассмотрим на примере Touareg, с гибридным силовым агрегатом.

Что означает понятие «техника гибридного привода»?

Термин «гибрид» берет свое начало от латинского слова hybrida, и означает нечто скрещенное, или смешанное. В технике гибридом называют систему, в которой комбинируются друг с другом две разных технологии. В связи с концепциями привода термин технология гибридного привода применяется для обозначения двух направлений: бивалентный (или двухтопливный) силовой агрегат гибридный силовой агрегат

В случае гибридной технологии привода речь идет о комбинации из двух разных силовых агрегатов, работа которых основана на разных принципах действия. В настоящее время под технологией гибридного привода подразумевают комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателягенератора (электромашины). Эта электромашина может использоваться как генератор для выработки электрической энергии, тяговый электродвигатель для движения автомобиля, и стартер для запуска двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от исполнения основной конструкции различают три вида гибридного силового агрегата: т.н. «микрогибридный» силовой агрегат, т.н. «среднегибридный» силовой агрегат, т.н. «полногибридный» силовой агрегат.

"Микрогибридный" силовой агрегат

В этой концепции привода электрический компонент (стартер/генератор) служит исключительно для реализации функции Стартстоп. Часть кинетической энергии можно снова использовать в качестве электрической энергии (рекуперация). Привод только от электрической тяги не предусмотрен. Параметры 12 вольтной АКБ со стекловолоконным наполнителем адаптированы к частым запускам двигателя.

«Среднегибридный» привод

Электрический привод поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение автомобиля только на электрической тяге невозможно. У «среднегибридного» привода большая часть кинетической энергии при торможении регенерируется, и в виде электрической энергии накапливается в высоковольтной батарее. Высоковольтная батарея, а также электрические компоненты сконструированы для более высокого электрического напряжения и, таким образом, более высокой мощности. Благодаря поддержке электродвигателягенератора режим работы теплового двигателя может быть смещен в область максимальной эффективности. Это обозначается как смещение точки нагрузки.

«Полногибридный» силовой агрегат

Мощный электродвигательгенератор комбинируется с двигателем внутреннего сгорания. Возможно движение только на электрической тяге. Электродвигательгенератор, если только позволяют условия, поддерживает работу двигателя внутреннего сгорания. Движение с малой скоростью осуществляется только на электрической тяге. Реализована функция Стартстоп для двигателя внутреннего сгорания. Рекуперация используется для зарядки высоковольтной батареи. Благодаря разделительному сцеплению между двигателем внутреннего сгорания и электродвигателемгенератором можно обеспечить разъединение обеих систем. Двигатель внутреннего сгорания подключается в работу только при необходимости.

Основы гибридной техники

Системы полного гибридных силовых агрегатов делятся на три подгруппы: параллельный гибридный силовой агрегат, раздельный силовой агрегат (с разделёнными потоками мощности), последовательный гибридный силовой агрегат.

Параллельный гибридный силовой агрегат

Параллельное исполнение гибридного силового агрегата отличается простотой. Он используется в случае, когда необходимо «гибридизировать» существующий автомобиль. Двигатель внутреннего сгорания, электромоторгенератор и коробка передач располагаются на одной оси. Обычно в системе параллельного гибридного силового агрегата используется один электродвигатель генератор. Сумма единичной мощности двигателя внутреннего сгорания и мощности электродвигателягенератора соответствует полной мощности. Эта концепция обеспечивает высокую степень заимствования узлов и деталей прежнего автомобиля. У полноприводных автомобилей со схемой параллельного гибридного силового агрегата привод всех четырех колёс реализован с помощью дифференциала Torsen и раздаточной коробки.

Раздельный гибридный привод

В системе раздельного гибридного привода помимо двигателя внутреннего сгорания имеется электродвигательгенератор. Оба двигателя располагаются под капотом. Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, также как и от электродвигателягенератора, через планетарную передачу подаётся на коробку передач автомобиля. В противоположность параллельному гибридному приводу, снять таким образом сумму отдельных мощностей для привода колёс невозможно. Вырабатываемая мощность частично тратится на приведение автомобиля в движение, частично, в виде электрической энергии, накапливается в высоковольтной батарее.

Последовательный гибридный силовой агрегат

Автомобиль оборудован двигателем внутреннего сгорания, генератором и электродвигателем генератором. Однако в отличие от обеих описанных ранее концепций, двигатель внутреннего сгорания не имеет возможности самостоятельно приводить автомобиль в движение валом, или через коробку передач. Мощность от двигателя внутреннего сгорания на колеса не передаётся. Основной привод автомобиля осуществляет электродвигатель генератор. Если ёмкость высоковольтной батареи слишком низкая, запускается двигатель внутреннего сгорания. Через генератор двигатель внутреннего сгорания заряжает высоковольтную батарею. Электродвигательгенератор снова может получать энергию от высоковольтной батареи.

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат

Раздельный последовательный гибридный силовой агрегат представляет собой смешанную форму двух описанных выше гибридных приводов. Автомобиль оборудован одним двигателем внутреннего сгорания и двумя электродвигателями генераторами. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор размещены под капотом. Второй электродвигательгенератор расположен на задней оси. Эта концепция используется для полноприводных автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания и первый электродвигательгенератор через планетарную передачу могут приводить коробку передач автомобиля. И в этом случае действует правило, согласно которому одиночные мощности привода не могут отбираться для привода колёс в виде суммарной мощности. Второй электродвигатель генератор на задней оси активируется при необходимости. В связи с таким конструктивным исполнением привода высоковольтная батарея располагается между обеими осями автомобиля.

Другие термины и определения Здесь будут кратко разъяснены другие термины и определения, часто используемые в связи с технологией гибридного привода.

Рекуперация. В общем случае этот термин в технике означает способ возврата энергии. При рекуперации имеющаяся энергия одного вида преобразуется в другой, используемый в последующем вид энергии. Потенциальная химическая энергия топлива преобразуется в трансмиссии в кинетическую энергию. Если автомобиль затормаживается обычным тормозом, то избыточная кинетическая энергия посредством трения тормозов превращается в тепловую энергию. Возникающее тепло рассеивается в окружающем пространстве, и поэтому использовать его в дальнейшем невозможно.

Если же напротив, как при использовании технологии гибридного привода, дополнительно к классическим тормозам генератор используется в качестве моторного тормоза, то часть кинетической энергии преобразуется в электрическую энергию, и таким образом становится доступной для последующего использования. Энергетический баланс автомобиля улучшается. Этот вид регенеративного торможения называют рекуперативным тормозом.

Как только в режиме принудительного холостого хода скорость автомобиля снижается путем торможения нажатием педали тормоза или автомобиль движется накатом или автомобиль движется под уклон cистема гибридного привода включает электродвигатель - генератор, и использует его в режиме генератора.

В этом случае он заряжает высоковольтную батарею. Таким образом в режиме принудительного холостого
хода появляется возможность «заправлять» автомобили с электрическим гибридным приводом электроэнергией.
При движении автомобиля накатом электродвигатель генератор, работающий в режиме генератора,
преобразует из энергии движения в электрическую энергию только такое количество энергии, которое
требуется для работы 12 вольтной бортовой сети.

Электродвигатель-генератор (электромашина)

Термин электродвигатель-генератор, или электромашина, используется вместо терминов генератор, электродвигатель и стартер. В принципе, любой электродвигатель можно применять и в качестве генератора. Если вал электродвигателя приводится от внешнего привода, то электродвигатель, подобно генератору, вырабатывает электрическую энергию. Если к электромашине подводится электрическая энергия, то она работает как электродвигатель. Таким образом, электродвигательгенератор автомобилей с электрическим гибридным приводом заменяет обычный стартер двигателя внутреннего сгорания, а также обычный генератор (осветительный генератор).

Электрический ускоритель (E-boost)

По аналогии с функцией Kickdown двигателей внутреннего сгорания, которая делает доступной максимальную мощность двигателя, гибридный привод располагает функцией электрического ускорителя E-Boost. При использовании функции электродвигатель-генератор и двигатель внутреннего сгорания выдают свои максимальные индивидуальные мощности, которые складываются в более высокое значение суммарной мощности. Сумма индивидуальных мощностей обоих видов двигателей соответствует суммарной мощности трансмиссии.

Вследствие потерь мощности в электродвигателе-генераторе, его мощность в режиме генератора ниже, чем в режиме тягового электродвигателя. Мощность электродвигателя-генератора в режиме двигателя составляет 34 кВт. Мощность электродвигателя-генератора в режиме генератора равна 31 кВт. У Touareg с гибридным приводом двигатель внутреннего сгорания имеет мощность 245 кВт, а электродвигатель-генератор мощность 31 кВт. В режиме тягового электродвигателя электродвигатель-генератор выдаёт мощность 34 кВт. Вместе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор в режиме тягового электродвигателя развивают суммарную мощность 279 кВт.

Функция Старт-стоп

Технология гибридного привода позволяет реализовать в этой конструкции автомобиля функцию Стартстоп. В случае обычного автомобиля с системой Стартстоп, для отключения двигателя внутреннего сгорания автомобиль должен остановиться (пример: Passat BlueMotion). Однако автомобиль с полным гибридным приводом может двигаться и на электрической тяге. Эта особенность позволяет системе Стартстоп отключать двигатель внутреннего сгорания на движущемся, или катящемся накатом автомобиле. Двигатель внутреннего сгорания включается в зависимости от потребности. Это может происходить в случае быстрого разгона, при движении на высокой скорости, с высокой нагрузкой, или при высокой степени разряженности высоковольтной батареи. При высокой степени разряженности высоковольтной батареи система гибридного привода может использовать двигатель внутреннего сгорания в сочетании с электродвигателем-генератором, работающим в режиме генератора, для зарядки высоковольтной батареи. В других случаях автомобиль с полным гибридным приводом может двигаться на электрической тяге. Двигатель внутреннего сгорания при этом находится в режиме останова. Это действительно и в случае медленного движения транспортоного потока, остановки на светофоре, при движении в режиме принудительного холостого хода под уклон, или при движении автомобиля накатом. Когда двигатель внутреннего сгорания не работает, он не расходует топливо и не выбрасывает в атмосферу вредные вещества. Интегрированная в систему гибридного привода функция Старт-стоп повышает КПД и экологичность автомобиля. В то время, когда двигатель внутреннего сгорания находится в режиме останова, климатическая установка может продолжать работу. Компрессор климатической установки является элементом высоковольтной системы.

Аргументы в пользу гибридной техники

Почему мы комбинируем электродвигатель-генератор с двигателем внутреннего сгорания? Для отбора крутящего момента частота вращения двигателя внутреннего сгорания должна быть не ниже частоты вращения холостого хода. При остановке двигатель не может отдавать крутящий момент. При увеличении частоты вращения двигателя внутреннего сгорания его крутящий момент увеличивается. Электромоторгенератор с первыми оборотами выдает максимальный крутящий момент. Для него не существует частоты вращения холостого хода. При увеличении частоты вращения его крутящий моментуменьшается. Благодаря работе электродвигателя-генератора у двигателя внутреннего сгорания исключен наиболее сложный режим работы: в диапазоне ниже оборотов холостого хода. Благодаря поддержке электродвигателягенератора двигатель внутреннего сгорания может эксплуатироваться в более эффективных режимах. Это смещение точки нагрузки повышает КПД силового агрегата.

Почему применяется полный гибридный силовой агрегат (привод)?

Полный гибридный агрегат, в отличие от остальных вариантов гибридного привода, объединяет функцию встроенной системы Стартстоп, систему E-Boost, функцию рекуперации и возможность движения только на электродвигателе (режим электрической тяги).

Электродвигатель-генератор

Электродвигатель-генератор размещён между двигателем внутреннего сгорания и АКП. Он представляет собой синхронный двигатель трехфазного тока. С помощью силового электронного модуля постоянное напряжение 288 В преобразуется в трёхфазное переменное напряжение. Три фазы напряжение создают в электродвигателегенераторе трёхфазное электромагнитное поле.

Высоковольтная батарея

Доступ к высоковольтной батарее обеспечивается через напольное покрытие багажного отсека. Она выполнена в виде модуля и включает различные компоненты высоковольтной системы Touareg. Модуль высоковольтной батареи имеет массу 85 кг и может заменятьсятолько в сборе.

Высоковольтную батарею нельзя сравнивать с обычной аккумуляторной батареей с напряжением 12 В. В нормальном режиме эксплуатации высоковольтная батарея задействуется в свободном диапазоне уровня зарядки от 20% до 85%. Переносить такие нагрузки в течение длительного времени обычная 12 вольтная АКБ неспособна. Поэтому высоковольтную батарею следует рассматривать как оперативное устройство накопления энергии для электрического привода. Подобно конденсатору она может накапливать и снова отдавать электрическую энергию. В принципе, рекуперацию, регенерацию энергии, можно рассматривать как возможность заправки автомобиля энергией во время движения. Применение высоковольтной батареи в автомобиле с гибридным приводом отличается чередование циклов зарядки (рекуперация) и разрядки (движение на электрическом приводе) высоковольтной батареи.

Пример: Если сравнить энергию высоковольтной батареи с энергией, образующейся при сжигании топлива, то количество энергии, которую может выработать батарея, будет соответствовать примерно 200 мл топлива. Этот пример демонстрирует, что на пути к созданию электромобилей, аккумуляторные батареи, с точки зрения способности накапливать энергию, должны быть существенно модернизированы.

Гибридная силовая установка Lexus RX400h

В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения).

Движение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h .

При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы. Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее.

При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий — кинетической в электрическую. Ее направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь, возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый.

Задача гибридных силовых установок:

• Обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики и быстрый набор скорости за счет мгновенной подачи энергии.
• Сохранить при торможении часть энергии, частично преобразовав ее в электрическую, а частично – в тепловую (в отличие от автомобилей обычных, где она 100% превращается в тепловую).
• Обеспечить гибрид современной системой управления расходуемой энергией.
• Снизить размеры и массу компонентов.

«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично подходит для автомобилей большого и среднего размера.

Гибридная трансмиссия

Ее целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно.

Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые.

Восстановление энергии в гибридной силовой установке

Энергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения.

При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую.

Инвертор в гибридной силовой установке

Постоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического.

VDIM, или система интегрированного управления динамикой машины

Повышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS — антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность, как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто. VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения.

Запуск системы

Включается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе.

Отключение системы

До того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание, все компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что отключение компонентов завершено.

Контроль торможения в гибридной силовой установке

Система регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том, когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое она (система) по возможности применяет чаще.

Управление мощностью

Контроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того, требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор.

Автомобиль должен быть не роскошью, а ежедневным средством передвижения, эта истина давно покорила сердца водителей. Для реализации этой мечты Остапа Бендера владельцы прикладывают громадные усилия, чтобы свести к минимуму на любимого «друга». На что-то можно влиять самому: аккуратно ездить - меньше будет , покупать качественные детали - реже придётся менять, заправляться дорогим, качественным бензином - сводятся к минимуму поломки двигателя. Но самая затратная часть эксплуатации - это всё же заправка топливом. Цены от нас не зависят. Именно поэтому в настоящее время гибридный двигатель в автомобилях начинает приобретать большую популярность.

Причин этому несколько и можно разделить автолюбителей на два лагеря. Для первых главная и наиболее распространённая причина - цена топлива. Мы не живём в Венесуэле, Саудовской Аравии или Кувейте, где бензин дешевле воды. А четырёхколёсного «друга» «кормить» нужно регулярно. Для вторых жизненно важна охрана природной среды и всё, что с этим связано.

Почему возникла идея создания таких двигателей? Рассмотрим принцип работы, преимущества и недостатки автомобилей, работающих на , и . Двигатели внутреннего сгорания более мощные, но при этом полностью исключить выбросы углекислого газа в окружающую среду у разработчиков не получается. Этот фактор, сокращение мировых запасов нефти и, как результат, - регулярное и планомерное подорожание такого источника энергии.

Электроэнергия имеет свои неоспоримые преимущества, прежде всего, она экологически чистая и более дешёвая. Но при этом электромобили в настоящее время не могут приобрести большую популярность, поскольку необходима, образно говоря, «инфраструктура»: станции для зарядки автомобилей, специализированные СТО, ориентированные на ремонт и обслуживание этого вида двигателей. Но важнейшим фактором является мощность, которая значительно уступает двигателям внутреннего сгорания. И как результат - скорость желает лучшего (попросту «лошадок» под капотом не хватает).

Эти факторы заставили производителей задуматься об альтернативе и разработать автомобили с гибридным двигателем, которые будут совмещать преимущества и сводить к нулевым отметкам недостатки этих двух видов средств передвижения.

Особенности гибридных автомобилей

Разработчики подошли комплексно к этому вопросу. В этом случае были решены несколько задач: снижены к минимуму , что положительно влияет на экологическую обстановку не только в городах, но и на Земле в целом; за счёт совмещения двух видов энергии снижаются затраты при эксплуатации; недостатки электродвигателя (малая мощность) компенсируются преимуществами бензинового в сторону увеличения. По сути, такие автомобили в скоростном режиме не отличаются от бензиновых. В отличие от вышеописанных автомобили с гибридным двигателем имеют два источника питания, состоят из двух силовых агрегатов и нескольких элементов:

• Топливного бака. Бензин, в отличие от , имеет большую энергетическую плотность. Чтобы понять, приведём пример - энергия 1 л бензина приравнивается к аккумуляторной батарее весом порядка 450 кг;
• Бензинового двигателя. Как правило, они меньшего размера и модернизированные по последнему слову техники, что значительно снижает общий вес автомобиля и повышает мощность;
• Электродвигателя - не только более мощного, но и созданного для работы во взаимодействии с бензиновым. Также он может работать как генератор для зарядки аккумулятора;
• Аккумуляторов, главная функция которых накапливать энергию для электродвигателя, который, в свою очередь, может взаимно их подпитывать;
• Генератора - работающего по принципу электродвигателя, но на выработку электроэнергии.
• Трансмиссии - функции практически те же, что и у обычных авто. Но при этом в зависимости от вида гибрида могут быть различными. Трансмиссия марки Toyota характеризуется разветвлением потоков мощности. Мотор в таком случае работает в наиболее комфортном диапазоне нагрузок и оборотов. А это, в свою очередь, способствует значительной экономии топлива.

Принцип работы

Само слово гибрид означает скрещивание. В нашем случае две различные технологии и два источники энергии совмещены для выполнения одной задачи - движения вперёд. Работа гибридного двигателя заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания вращает и обеспечивает энергией электродвигатель, который, в свою очередь, вращает трансмиссию, чем помогает своему «партнёру» работать в оптимальном режиме, создавая добавочное усилие. В результате исключаются резкие колебания и нагрузки, а производительность значительно увеличивается.

Существует несколько вариантов:

Параллельный . Бензиновый двигатель работает от топливного бака, а электродвигатель от аккумуляторов. В результате оба двигателя производят вращение трансмиссии, которая, в свою очередь, приводит в движение колёса.

Микрогибридный. Этот принцип разработан компанией «Тойота». «Гибрид» двигается на малых скоростях и стартует исключительно благодаря электродвигателю. При переходе на повышенную скорость подключается ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Но при этом во время подъёмов, езды на сложных участках дороги (песок, грязь), увеличения других нагрузок электрический двигатель дополнительно подпитывается от аккумулятора для параллельной работы и увеличения тяги. Всё это контролируется электроникой и не требует вмешательства водителя.

Среднегибридный. Такое авто с гибридным двигателем имеет свои особенности - на электродвигателе езда невозможна. Но при этом электротяга значительно увеличивает эффективность работы теплового двигателя благодаря выработке напряжения несколько выше, чем могут дать аккумуляторы, что, в свою очередь, повышает мощность основного двигателя.

Полногибридный. В этом варианте на первое место выходит электричество. Движение идёт только за его счёт. Зарядка высоковольтной батареи идёт благодаря рекуперации. Существующее раздельное сцепление между двумя видами двигателя обеспечивает разъединение этих систем. В результате ДВC подключается только в случае необходимости.

Раздельный. Имеет двигатель-генератор и бензиновый. Через планетарную передачу крутящий момент передаётся на . Часть мощности используется непосредственно для движения машины, другая аккумулируется в высоковольтной батарее в виде чистой электрической энергии.

Последовательный. Работа гибридного двигателя заключается в том, что бензиновый приводит в действие генератор, который заряжает аккумуляторы, а они, в свою очередь, дают энергию электродвигателю, вращающему трансмиссию и, как результат, колёса.

Преимущества

Если проанализировать цены на гибриды, то можно заметить, что они дороже привычных машин. Стоит ли бояться «кусающихся» сумм? Необходимо, прежде всего, проанализировать, что же вы получаете в итоге при покупке такого варианта. И только после этого решать, готовы ли к вложению капитала (даже если это покупка в кредит), который в итоге превратится в ежедневную экономию. И чем сильнее будут повышаться цены на бензин, тем больше станет ваш чистый доход.

Но начнём немного с другого. Авто с гибридным двигателем способствует уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, которые снижаются в десять раз. Как результат, жизнь в городе становится более комфортной и вы вносите свой вклад в оздоровление планеты. Вдобавок экономите на штрафах за превышение выбросов в атмосферу.

Батареи подзаряжаются от бортовой энергетической установки, в итоге не нужен внешний источник для постоянной зарядки, как в электродвигателях. По сути, вы приобретаете дополнительный источник энергии, что повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания.

Благодаря разработкам опытных специалистов масса бензинового двигателя значительно снижается, как результат, - и общий вес автомобиля. Каждый автолюбитель знает, что это значит. Расход бензина на 100 км «Оки» никак нельзя сравнить с . И это зависит прежде всего от массы. В результате идёт комплексная экономия за счёт заправки и использования электроэнергии.

Для изготовления всех деталей, в том числе и кузова, применяют лёгкие материалы. При этом они прочные и надёжные: из металлов (алюминиевые сплавы, магний), а также углепластик. Для общей информации: всего 56 кг весит двигатель Insight объёмом 1 л, при этом мощность достаточно приличная (67 лошадиных сил) и обороты в минуту (5 700). «Помощь» электродвигателя на старте позволяет обеспечить разгон с 0 вплоть до 100 км/ч.

В таких авто отпала необходимость в коробке передач. Происходит автоматическое изменение силы тяги ведущих колёс, которое обеспечивает электродвигатель.

Благодаря постоянным разработкам дизайнеров повышается аэродинамика. Это то, за что борются все конструкторы. Именно сопротивление силе воздуха и ветра не позволяет «съедать» значительные ресурсы внутреннего «сердца», помноженное на помощь параллельной системы энергии.

Ещё одним из ресурсов экономии является установка специальных, более жёстких, в сравнении с обычными, шин. Они накачиваются под относительно высоким давлением. Это способствует снижению сопротивляемости дорожному покрытию.

Перспективы развития этого направления машиностроения возможны только при комплексном подходе: разработка облегчённых кузовов, ёмких, но в то же время компактных аккумуляторов (чтобы они не занимали много места под капотом); усовершенствование более простой, быстрой и доступной зарядки аккумуляторных батарей; улучшение системы «повторного» использования энергии.

Рассмотрев все особенности авто с гибридным двигателем, можно прийти к выводу: конечно же, это не вечный двигатель, о котором мечтают любой автомобилист и борцы за чистоту окружающей среды. Скорее, это очередной шаг по пути модернизации моторов, борьба за экономию истощающихся природных ресурсов. Но они помогают значительно экономить средства на каждой заправке. Поэтому, если вы стоите перед выбором нового автомобиля, подумайте о том, что покупка такой модели в итоге подарит значительные бонусы: по сути, каждые сто километров поездки будут «откладывать» в ваш кошелёк дополнительные деньги в сравнении с двигателями внутреннего сгорания.