Как работает гибридный двигатель: принцип работы (6 видео)

Основной силовой агрегат современных автомобилей — двигатель внутреннего сгорания. Но в условиях истощения нефтяных месторождений, возрастающих требований к экологической чистоте топлива инженеры прибегают к новым технологиям. Полный отказ от углеводородного топлива или сокращение его расхода обеспечивается электродвигателем или двигателем гибридного автомобиля. Последняя часть устанавливается на современные автомобили.

Содержание

История гибридных двигателей
Принцип работы и устройство гибридных двигателей
Полная конструкция гибрида
Функционирование двигателя-гибрида
Схемы взаимодействия мотора и ДВС
Последовательная схема
Параллельная схема
Последовательно-параллельная схема
Преимущества и недостатки гибридных авто
Типы гибридных агрегатов
Классификация по степени электрификации
Микрогибрид
Мягкий гибрид
Полный гибрид
Гибриды-плагины
Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом
Перспективы автомобилей-гибридов
🔍 Видео

Видео:Как работает Toyota PriusСкачать

История гибридных двигателей

Двигатель гибридного автомобиля — это система бензинового двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Впервые марка Parisienne des Voitures Electriques занялась производством таких автомобилей в 1897 году. Американская компания General Electric начала выпуск гибридов в 1900 году. Инженеры компании создали автомобиль с четырехцилиндровым бензиновым двигателем. Совершенно новый вид транспорта был экономически нецелесообразен из-за малой мощности и дешевого топлива.

Интересно знать! Гибридные грузовики не производились серийно в Чикаго до 1940-х годов.

В связи с ухудшением экологической обстановки, удорожанием топлива для двигателей внутреннего сгорания идея создания смешанных энергоблоков стала актуальной в наше время. Массовое производство гибридов было практически первым, кто основал бренд Toyota. Автомобили с лифтбэком Toyota Prius были произведены в 1997 году. В 1999 году Honda представила модель Insight. На 2014 год количество гибридов превысило 7 миллионов.

Видео:Как устроен гибридный автомобиль.Скачать

Принцип работы и устройство гибридных двигателей

Современные инженеры подробно объясняют, что такое гибридный двигатель в автомобиле. Двигатель — бензиновая (дизельная) система и электрический силовой агрегат. Для полноценного функционирования схемы задействованы другие узлы, управляемые компьютером.

Полная конструкция гибрида

Понять, как устроен двигатель современного гибридного автомобиля, поможет описание его устройства. В состав двигателя входят:

двигатель внутреннего сгорания. Конструкция детали разработана таким образом, чтобы облегчить вес, минимизировать расход топлива и количество вредных выбросов;
электродвигатель. Он генерируется из топливного бака и может генерировать энергию для зарядки аккумулятора. Деталь интегрирована в систему питания или находится отдельно. Есть модели с двумя вариантами размещения;
трансмиссии. В зависимости от типа гибрида бывают встроенные коробки передач, механические или автоматические коробки передач. Некоторые детали работают по принципу плавной загрузки;
топливный бак. Обеспечивает подачу топлива в двигатель внутреннего сгорания;
аккумуляторы. В гибридных автомобилях устанавливаются две батареи: высоковольтная для работы двигателя и 12 В для питания бортовой системы. Системы запускаются от штатной батареи — высокое напряжение и инвертор работают только при постоянном охлаждении;
инвертор. Необходимо преобразовать ток, идущий от высоковольтной батареи, в трехфазный переменный для электродвигателя, чтобы регулировать распределение энергии;
генератор. Он работает по принципу электрического агрегата и вырабатывает электричество.

Интересно знать! При сжигании 1 литра бензина такое же количество энергии получается от работы аккумулятора весом 4,5 центнера.

Функционирование двигателя-гибрида

Принцип хорошей работы современного гибридного двигателя основан на раздельной или одновременной работе двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Для управления системой используется бортовой компьютер. Устройство определяет тип активной силовой установки исходя из режима движения:

на городских улицах требуется маломощный электродвигатель;
при движении по загородной трассе используется бензиновый двигатель;
в смешанном режиме (прерывистые остановки и ускорения) приводы работают вместе.

Важно! Во время работы ДВС электродвигатель заряжается.

Видео:Как устроен гибридный экологически чистый автомобиль ?Скачать

Схемы взаимодействия мотора и ДВС

Развитие технологии гибридных двигателей привело к реализации нескольких вариантов взаимодействия генераторной установки и стандартного двигателя.

Последовательная схема

В последовательной гибридной схеме двигатель внутреннего сгорания включает генератор, который вырабатывает энергию для питания электродвигателя, который вращает колеса. Последовательный гибридный автомобиль использует двигатель внутреннего сгорания малой мощности, но только в условиях максимальной эффективности. Маленькие модели автомобилей выпускаются с большим аккумулятором.

Параллельная схема

Оснащение автомобиля параллельной гибридной системой обеспечивает вращение колес от бензинового и электрического двигателя. Электрическая система также действует как стартер и генератор, расположенный между коробкой передач и двигателем внутреннего сгорания. Дополнительная мощность вырабатывается электродвигателем в зависимости от режима движения. Аккумуляторы компактны и заряжаются во время движения машины.

В подробном описании параллельной схемы гибридной трансмиссии современного автомобиля отмечается ее недостаток. Электродвигатель не раскручивает колесо и одновременно заряжает аккумулятор.

Последовательно-параллельная схема

Смешанный гибрид сочетает в себе последовательную и параллельную работу. Электрические агрегаты работают как генератор, вырабатывая электричество, и как двигатель, создавая тягу. Для комбинирования моторов используется планетарный редуктор. Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает минимум мощности во время цикла Аткинсона, что гарантирует экономию топлива. Конструкция параллельной последовательной цепи и принцип работы смешанного гибридного двигателя предполагают:

работать в экономичном режиме. На электротяге двигатель внутреннего сгорания выключен, электродвигатель питается от аккумуляторной батареи;
поддержка скорости движения. Мощность двигателя внутреннего сгорания распределяется по колесной системе и генератору. В этот момент генератор запитывается параллельно, и аккумулятор заряжается;
интенсивное ускорение. При высоких нагрузках двигатель внутреннего сгорания и электрическая часть работают параллельно. Электродвигатель питается от батареи без потери мощности генератора.

Важно! Принцип комбинированного привода наиболее эффективно реализован брендом Toyota и получил название Hybrid Synergy Drive.

Видео:НОВЫЙ Гибрид Toyota Как Работает (перевод с озвучкой)Скачать

Преимущества и недостатки гибридных авто

Гибридные автомобили потребляют до 30% меньше топлива, чем стандартные автомобили. Преимущества использования двигателя гибридного автомобиля на этом не заканчиваются:

минимальное количество вредных выбросов за счет технологий рекуперативного торможения, наличие большого аккумулятора;
согласованность функций двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя;
полезные нововведения — опции стоп-старт, рециркуляция смесей выхлопных газов (подогревается антифриз), доработка газораспределительной фазы;
наличие водяной помпы с электроприводом, системы кондиционирования и гидроусилителя руля, лучшая прокатка шин;
экономичность на холостом ходу в городских условиях;
возможность дальнего путешествия без подзарядки аккумулятора — бак пополняется;
поддержка выбранного режима благодаря компьютерному управлению;
низкий уровень шума работающего двигателя.

Читайте также: Рейтинг лучших гибридных автомобилей прошлого: (японские, китайские, русские)

К недостаткам гибридных моделей можно отнести:

необходимость регулярной нагрузки на аккумулятор;
аккумулятор может разряжаться в критическом состоянии при низких температурах;
проблемы с авторемонтом автомобиля;
высокая цена запчастей не всегда в наличии в сервисных центрах.

Минусом для некоторых пользователей является дороговизна перевозки: даже недорогие японские гибридные автомобили Toyota Yaris стоят порядка 18 тысяч евро.

Видео:Что внутри гибридного автомобиля?Скачать

Типы гибридных агрегатов

Современный гибридный двигатель — это экономичный и экологически чистый агрегат, но обзор основных вариантов конструкции поможет полностью понять, что это такое:

микрогибридная трансмиссия. Электрический компонент привода — это стартер или генератор переменного тока, который отвечает за функции пуска и останова. Кинетическая энергия используется по принципу рекуперации, то есть преобразуется в электрическую энергию. Нет привода исключительно на электропривод. Аккумулятор с зарядом из стекловолокна — 12 Вольт, подходит для частых запусков;
средний гибридный силовой агрегат. Что в данном случае означает двигатель гибридного автомобиля? Деталь поддерживает функции двигателя внутреннего сгорания, но транспортное средство не работает с электроприводом. Средние гибриды могут восстанавливать часть кинетической энергии при торможении. Он переходит в электрический разряд и накапливается в батарее. Аккумулятор и блоки питания работают на высокой мощности. В режиме перемещения точки нагрузки с помощью электрогенератора увеличивается КПД теплового двигателя;
полностью гибридный силовой агрегат. Генератор большой мощности интегрирован с двигателем внутреннего сгорания. Имеется функция тихоходного электропривода движения автомобиля. Электрогенератор приводит в действие двигатель внутреннего сгорания с функцией старт-стоп во время работы. В процессе восстановления высоковольтный аккумулятор заряжается. Разделительная муфта двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя обеспечивает быстрое отключение одной системы от другой.

Интересно знать! Микрогибридные силовые агрегаты были впервые разработаны и произведены брендом Toyota.

Видео:Гибридные автомобили: MHEV, HEV, PHEV. Как устроены и где выгода?Скачать

Классификация по степени электрификации

В зависимости от электрификации существуют разные типы гибридных автомобилей.

Микрогибрид

В моделях есть функции рекуперации энергии при торможении, автоматическая остановка-старт. Микрогибриды делятся на три типа:

автомобиль с системой старт-стоп;
транспорт со старт-стопом и рекуперативным торможением;
модели, сочетающие две технологии со свинцово-кислотным аккумулятором AGM и комбинированным стартером / генератором.

Благодаря экономии топлива и экологичности отсутствует электрическое воздействие на трансмиссию.

Важно! Этот транспорт нельзя назвать полностью гибридным %.

Мягкий гибрид

Что такое легкий гибридный двигатель? Электродвигательная установка обеспечивает поддержку двигателя внутреннего сгорания; Работа в чисто электрическом режиме не выполняется. Регенерация происходит только при торможении. Конструкция моделей не предусматривает маховика, на его месте стоит стартер-генератор. Мягкие гибриды отличаются малой мощностью, которая компенсируется электрической частью только при разгоне или разгоне.

Интересно знать! Система рекуперации кинетической энергии легких гибридных автомобилей также используется в Формуле 1.

Полный гибрид

Электрическая часть используется для передвижения по городу, штатный ДВС работает на высоких оборотах. Схема соединения электродвигателя с ДВС выполняется последовательно, совмещенная или разветвленная.

Автомобиль не загружается из сети, а только в процессе восстановления. Когда литий-ионный аккумулятор разряжен, можно переключиться на двигатель внутреннего сгорания.

Гибриды-плагины

Что такое plug-in и надежный ли двигатель гибридного автомобиля? Электрическая часть собирает энергию для зарядки аккумулятора, вместе с двигателем внутреннего сгорания вращает колеса.

Инновационные модели передвигаются за счет усилий двух моторов, для них характерны громоздкие и мощные аккумуляторы (от 70 до 100 лошадиных сил). Рядом с люком бензобака есть порт для зарядки. Особенность плагинов — преодоление расстояния до 50 км только с электроприводом.

Видео:Проблемы гибридных двигателей | Как правильно пользоваться гибридными автомобилямиСкачать

Привод дополнительных аксессуаров в автомобилях с полным гибридным приводом

Конструктивные доработки привода дополнительных приводов заключались в том, что компоненты работали не от ДВС, а от электричества. Сторона привода полностью гибридных моделей включает в себя следующие элементы:

электрический вакуумный насос. Деталь служит для снижения давления усилителя тормозов и поддержания подачи низкого давления при трогании с места и остановке;
электрогидравлический усилитель руля. Используется для отключения двигателя внутреннего сгорания и усилителя при автоматическом выключении двигателя. Технология позволяет оптимизировать расходы на топливо;
компрессорный кондиционер с электроприводом. Отвечает за охлаждение салона при автоматическом отключении. Деталь предполагает отключение привода компрессора кондиционера и ДВС. Электрокомпрессор всасывает, сжимает фреон и направляет его в насосную систему;
блок управления кондиционером. Регулирует температуру испарения от 800 до 9000 мин.

Важно! Полный привод — единственный гибридный вариант, сочетающий в себе старт-стоп, восстановление, электропривод и E-Boost.

Видео:Такие разные гибриды. Как это работаетСкачать

Перспективы автомобилей-гибридов

Новизна технологии комбинированного двигателя приводит к неполному пониманию автомобилистами, что такое гибридный двигатель и как он работает на такой машине. Учитывая двадцатилетнее развитие бренда Toyota, у гибридов много перспектив развития. Автомобили с легким кузовом, емкими и компактными аккумуляторами, быстрой и легкой зарядкой и улучшенным режимом восстановления покорят рынок в ближайшем будущем.

В гибридных автомобилях двигатель внутреннего сгорания не подвергается критическим нагрузкам, а с учетом цикла Аткинсона срок его службы выше, чем у стандартного двигателя. Для снижения затрат на топливо автомобили оснащены сжиженным газом, совместимым с электронными блоками управления. При внешнем сходстве с бензиновыми технологиями автовладельцы сталкиваются со сложностью обслуживания и огромным увеличением затрат. Даже при отсутствии поломок и значительном пробеге цена автомобиля окупится за 5 лет. Но минимальные затраты на топливо окупаются.

Однако будущее гибридных автомобилей лежит только в подключаемых моделях, которые действительно экономят топливо. Плагины привлекательны своим тихим и плавным электродвигателем, динамикой бензинового двигателя, обеспечиваемой мощным электрическим наддувом. Для полноценного использования автомобиля необходимо развитие зарядной инфраструктуры — установка специальных розеток на заправках.