Гибридный автомобиль. Принцип работы, виды гибридов, их преимущества и недостатки

Гибридный автомобиль это комбинация электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания привода, но из-за нескольких типов этого привода обобщенного описания нет.

Классификации гибридов:

• микрогибриды;
• мягкие гибриды;
• полные гибриды.

Основные узлы (структура) гибридного автомобиля

Чтобы понять, как работает гибридный автомобиль, вы должны понимать его внутреннюю структуру. Ниже приведены 6 основных особенностей его структуры.

Топливный бак

Есть топливный бак для бензина, как в обычном автомобиле. Благодаря передовым технологиям в гибридных автомобилях, бензин будет меньше расходоваться. Более высокая эффективность, как следствие, уменьшается расход топлива и меньше вредных выбросов.

Трансмиссия

В большинстве гибридных автомобилей по-прежнему используется обычная трансмиссия, как в обычном бензиновом автомобиле. Однако есть новые трансмиссии, которые разрабатываются специально для некоторых гибридных автомобилей и электромобилей, таких как Toyota Prius.

Батарея гибрида

Батарея питает электродвигатель гибридного автомобиля. Аккумуляторы так же получают энергию от электродвигателя. Это один из способов сохранить запас  энергии.

Генератор

Любой серийный гибридный автомобиль имеет генератор, который приводится в действие бензиновым двигателем. Генератор вырабатывает электроэнергию для электродвигателя и заряжает аккумулятор. По сути, это способ преобразования бензина в электрическую энергию для двигателя и аккумулятора.

Электродвигатель гибрида

Наличие электродвигателя делает  автомобиль гибридным. Электродвигатель ускоряет автомобиль, получая энергию от аккумулятора. Также электродвигатель возвращает энергию аккумулятору, если вы замедляете движение автомобиля.

Бензиновый двигатель

Гибридный автомобиль по-прежнему имеет бензиновый двигатель. Он остается основным источником энергии транспортного средства, поскольку 1 литр бензина имеет такую же энергию, как половина заряда батареи.

Микрогибриды

В случае с микрогибридом электродвигатель не используется для движения автомобиля. Электродвигатель действует как генератор и стартер, приводя в движение коленчатый вал.

Когда водитель запускает двигатель, при движении микрогибрид превращается в генератор, который восстанавливает энергию, а когда водитель замедляет ход или тормозит — преобразует энергию в электричество для зарядки аккумулятора.

Мягкий гибридный автомобиль

У мягкого гибрида сложная конструкция, но все же электродвигатель не может привести машину в действие самостоятельно.

Электродвигатель служит только помощником двигателя внутреннего сгорания, и его задача заключается в первую очередь в рекуперации энергии во время торможения и поддержке двигателя внутреннего сгорания во время разгона автомобиля.

Полный гибрид

Полный гибрид – современное решение, в котором электродвигатель играет множество ролей. Может не только управлять автомобилем, но и поддерживать двигатель внутреннего сгорания, а также восстанавливать энергию при торможении.

Гибридные приводы также различаются тем, как двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель соединены друг с другом. В зависимости от этого различают серийные, параллельные и смешанные гибриды.

Серийный гибридный автомобиль

В серийном гибриде двигатель внутреннего сгорания никак не связан с ведущими колесами. Роль двигателя заключается в приведении в действие генератора электрического тока — расширитель диапазона. Вырабатываемая таким образом энергия используется электродвигателем. Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает электричество, которое направляется на электродвигатель, приводящий в движение колеса.

Этот тип системы привода требует для работы двух электрических блоков, один является генератором, а другой — источником привода. Благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания механически не связан с колесами.

Двигатель может работать в оптимальных условиях, то есть в соответствующем диапазоне скоростей и с небольшой нагрузкой. Это снижает расход топлива и двигателя внутреннего сгорания.

Во время движения, когда аккумуляторные батареи, питающие электродвигатель, заряжены, двигатель внутреннего сгорания выключен.

Когда накопленные энергоресурсы исчерпаны, блок сгорания запускается и приводит в действие генератор, который питает электрический блок. Это решение позволяет продолжать движение без необходимости заряжать аккумуляторы от розетки, хотя ничто не мешает использовать шнур питания после прибытия в пункт назначения и подзарядить аккумуляторы от сети или на станции зарядки.

Преимущества

Параллельный гибридный автомобиль

В параллельном гибриде двигатель внутреннего сгорания играет главную движущую роль, а электродвигатель — вспомогательную. Причем параллельные гибриды бывают с одним или двумя сцеплениями или с разделенными осями. В случае с одним сцеплением электрический блок постоянно подключен к двигателю внутреннего сгорания, что, в свою очередь, исключает возможность независимой работы обоих блоков.

Привод с двойным сцеплением имеет больше преимуществ, потому что блок сгорания не подключен постоянно к электрическому– поэтому возможна независимая работа благодаря муфте, используемой между блоками.

На практике это означает, что, в отличие решения, где движение в электрическом режиме приводит в движение коленчатый вал, в системах с двойным сцеплением можно без проблем использовать электродвигатель даже на высоких скоростях.

Тем не менее, есть некоторые ограничения, ведь при езде на автомобиле только на электродвигателе, он не работает на полную мощность. Некоторая часть этой мощности должна храниться в «резерве» на случай, если потребуется запустить двигатель внутреннего сгорания.

В гибридном приводе с одним сцеплением часть энергии поглощалась двигателем, в случае версии с двойным сцеплением во время рекуперации энергии при торможении электрические двигатели и двигатели внутреннего сгорания отключаются, благодаря чему энергия, генерируемая при торможении, передается на зарядку аккумулятора.

Гибридный привод с разделенными мостами отличается тем, что топочный и электрический агрегат никак не связаны друг с другом. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение передние колеса, а задние колеса приводиться в движение электродвигателем (или наоборот). Если оба привода работают одновременно, мы имеем полный привод с распределением мощности в пропорциях.

Еще одной положительной особенностью описанного является то, что электрический агрегат может работать с высокой частотой вращения. Конечно, при торможении электродвигателю приходится восстанавливать энергию.

С другой стороны есть ограничение — электродвигатель при торможении не может работать как стартер и генератор переменного тока. Следовательно, требуется отдельный элемент, выполняющий роль стартера для двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, параллельные гибриды, гибриды с осями с двумя сцеплениями и с раздельными мостами, характеризуются высокой эффективностью и возможностью поддерживать обычный привод в широком диапазоне работы. Кроме того, такая система занимает относительно мало места, недорога в производстве, что приводит к окончательной закупочной стоимости.

Преимущества

Смешанный гибрид

Смешанный гибрид — это комбинация последовательного и параллельного привода. В этом случае двигателю внутреннего сгорания помогают два электродвигателя. Мощность двигателя внутреннего сгорания делится с помощью планетарной передачи на электрическую и механическую, которая передаётся непосредственно на ведущие колеса.

В зависимости от потребностей один из электрических блоков приводит в движение автомобиль, поддерживает двигатель внутреннего сгорания или восстанавливает энергию при торможении.

Второй — поддерживает электродвигатель или заряжает батареи. Также действует как стартер, который отвечает за запуск двигателя внутреннего сгорания.

Планетарная передача, в свою очередь, заменяет коробку передач, хотя конкретный способ работы планетарной передачи придется по душе не каждому водителю.

Преимущества

Видео: Принцип работы гибрида Toyota на примере Lexus gs450h

Популярные гибридные автомобили: характеристики, мощность, год выпуска, расход топлива, разгон