Как работает гибридный двигатель?

Принцип работы бензиново-электрических гибридных автомобилей

Как работает гибридный двигатель?

Как работает гибридный автомобиль? Какие процессы происходят под его капотом во время движения? В этой статье мы поможем вам понять принцип работы гибридной силовой установки.

Любое транспортное средство, использующее в своей работе два или более источника энергии, является гибридом. Огромная часть выпускаемых в наше время автомобилей являются бензиново-электрическими гибридами, силовая установка которых сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Бензиново-электрические гибридные автомобили — это своеобразный симбиоз автомобилей с бензиновыми двигателями и электромобилей. Различие, как известно, между бензиновыми и электрическими автомобилями заключается в источнике и механизме их питания. В бензиновом автомобиле топливо поступает к двигателю с топливного бака, в электромобиле же электрический мотор обеспечивают электроэнергией аккумуляторные батареи. Можно сказать, что гибридный автомобиль является своеобразным компромиссным вариантом между этими двумя автомобильными механизмами.

Для того, чтобы автомобиль был комфортным для пользователя в процессе эксплуатации, он должен отвечать определенным требованиям. Необходимо чтобы автомобиль был в состоянии:

— обеспечивать большой пробег до момента дозаправки/подзарядки;

— заправлялся быстро и легко.

Бензиновые автомобили отвечают вышеизложенным требованиям, но являются источником значительного загрязнения окружающей среды. Электрические же автомобили в процессе своей работы практически не образуют загрязняющих веществ, однако их пробег на одном заряде аккумуляторных батарей, как правило, не превышает 80-160 км. Главным недостатком электрических автомобилей является довольно продолжительный процесс их подзарядки.

Бензиново-электрические гибридные автомобили сочетают в себе преимущества как электрических, так и бензиновых машин, позволяя объединить в одной системе бензиновое топливо и электроэнергию.

Совместное использование двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя позволяет значительно повысить топливную эффективность силовой установки транспортного средства, обеспечить быстрое достижение необходимого показателя скорости движения путем практически моментальной подачи энергии, снизить объемы образуемых вредных выхлопов, а также увеличить пробег автомобиля благодаря эффективному функционированию системы рекуперативного торможения, позволяющей преобразовывать кинетическую энергию движения в электроэнергию. К тому же, применение гибридной силовой установки в автомобиле создает возможность уменьшения его суммарного вес по сравнению с бензиновым аналогом.

Широкое использование гибридные автомобилей на дорогах способствует значительному снижению выбросок оксида азота в атмосферу (на 50%), а также сажи и углекислого газа.

Термин «гибридный автомобиль», чаще всего применяется к средствам передвижения, сочетающим в своей конструкции двигатель внутреннего сгорании и один или несколько электродвигателей. Однако, не исключена возможность использования в гибридных автомобилях и иных источников питания, помимо бензина и электроэнергии. В последнее время ряды гибридных автомобилей начали пополняться гибридными моделями, механизм работы которых предполагает сочетание ДВС и двигателя, работающего на сжатом воздухе, или же электромотора и двигателя, использующего в своей работе энергию солнца, ветра, биологического топлива.

Гибридные автомобили делятся на два вида: умеренные и полные. Движение умеренных гибридов обеспечивается преимущественно работой двигателя внутреннего сгорания, а электромотор при этом используется только в качестве дополнительного тягового механизма (яркий пример — Honda Insight). Полным же гибридам свойственна возможность перемещения исключительно только на одной электротяге, независимо от ДВС.

Наиболее популярными в мире гибридные автомобили — Toyota Prius, Shevrolet Volt, Honda Insight. В модели Toyota Prius реализован следующий механизм: движения автомобиля на низкой скорости (до 40 км/ч) происходит благодаря работе электродвигателя, питаемого литий-ионной аккумуляторной батареей, но при большем разгоне активизируется двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает тягу на высокой скорости. При этом электроника регулирует работу моторов и генератора.

Противоположный механизм работы реализован в гибриде Shevrolet Volt. Передвижение этого автомобиля происходит благодаря электродвигателю, функции же ДВС сводятся только к подзарядке его аккумуляторных батарей.

Для гибридных автомобилей свойствен механизм рекуперации энергии при торможении – электрический двигатель переходит в режим генератора, преобразующего кинетическую энергию в электрическую, которая способствует восполнению заряда аккумуляторных батареи.

Читайте также  Как измерять компрессию в цилиндрах двигателя?

Схемы подключения двигателей гибридного автомобиля:

— Последовательная схема – маломощный ДВС соединен только с генератором электроэнергии, а электрический двигатель — с колесами. ДВС приводит в движение небольшой генератор электрического тока, вырабатываемая электроэнергия от которого поступает к аккумуляторным батареям, обеспечивающим питание электрического мотора.

При такой схеме подключения, ДВС никогда непосредственно не приводит транспортное средство в движение, и главным силовым механизмом является электромотор. Конструкция подобных гибридных автомобилей предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости. Данная схема подключения двигателей была использована в первых гибридных автомобилях, сконструированных Фердинандом Порше.

На сегодняшний день представителями Plug-in Hybrid являются модели Chevrolet Volt, Opel Ampera.

— Параллельная схема – ДВС, электрический двигатель и коробка передач соединяются с помощью автоматических муфт. Данная схема свойственна практически для всех умеренных гибридов и для ряда полных (например, Audi Duo).

Для гибридный автомобилей с параллельной схемой характерна возможность как одновременного, так и раздельного использования возможностей ДВС и электродвигателя для движения колес. Электрический мотор способствует быстрому разгону транспортного средства, а также обеспечивает выполнение функции рекуперативного торможения.

Гибриды с параллельной схемой — Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

— Последовательно-параллельная схема (смешанная) – планетарный редуктор обеспечивает связь ДВС, электрогенератора и электрического двигателя. Яркими примером гибридных автомобилей с последовательно-параллельной схемой (Full Hybrid ) является Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

Параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (слева)

Последовательно-параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (справа)

Гибридную силовую установку автомобиля могут образовывать следующие компоненты:

Двигатель внутреннего сгорания. В гибридных автомобилях также, как и в традиционных – бензиновых, используется ДВС, однако он значительно меньше и более усовершенствован в направлении сокращения уровня вредных выбросов в атмосферу и увеличения работоспособности.

Топливный бак. Топливный бак в гибридах является устройством хранения бензинового топлива для работы ДВС.

Электрический двигатель. Современные автомобилестроительные технологии позволяют использовать электродвигатель как в качестве силового двигателя, так и генератора энергии при торможении, тоесть электромотор способен ускорять автомобиль, питаясь от аккумуляторных батарей, или же может работать в генеративном режиме при спусках автомобиля по склону и торможении, обеспечивая восполнение энергии батарей.

Генератор. По механизму своей работы генератор схож с силовым электродвигателем, однако в ряде гибридном автомобиле он используется только для производства электрической энергии.

Аккумуляторные батареи – устройства хранения энергии для работы электродвигателя гибридного автомобиля. В то время, когда для бензинового двигателя свойственно только черпание бензина из топливного бака, электрический двигатель гибридного автомобиля может как использовать энергию батарей, так и восполнять её посредством механизма рекуперативного торможения.

https://www.youtube.com/watch?v=k1nG8PkP28E

В гибридных автомобилях, как правило, применяются более компактные и легкие аккумуляторные батареи, нежели в электромобилях.

Коробка переключения передач выполняет в гибридном автомобиле ту же функцию, что и бензиновом, с тем только различием, что контролирует работу как ДВС, так и электрического двигателей.

Для контроля потока энергии между генератором, батареей и электромотором используется блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения.

Ряд приемов позволяет увеличить эффективность использования бензинового топлива и энергии аккумуляторных батарей в гибридном автомобиле. Итак, в гибридном автомобиле с этой целью:

— Восполняется энергия, запасаемая в батареях, благодаря функции рекуперативного торможения электродвигателя.

— Приостанавливается работа ДВС. Гибридному автомобилю не нужно все время полагаться на бензиновый двигатель, поскольку в нем, как правило, есть полноценный тяговой электромотор.

— Используется развитая аэродинамика с целью уменьшения лобового сопротивления.

— Применяются легкие материалы. Снижение общего веса автомобиля является простым способом увеличения его пробега. Более легкий автомобиль потребляет значительно меньше энергии при ускорении и подъемах вверх по холмам. Композитные материалы, такие как углеродное волокно или же легкие металлы (алюминий, магний) могут использоваться для снижения веса общей конструкции гибридного транспорта.

— Используются специальные шины с пониженным сопротивлением качению.

Существует несколько эффективных методов обеспечения максимального пробега гибридного автомобиля:

— Поездки на небольших скоростях – аэродинамическое сопротивление резко возрастает при увеличении скорости.

Читайте также  Как посчитать моточасы двигателя?

— Поддержание стабильной скорости – при изменении скорости автомобиля, значительная часть энергии тратится впустую; поддержание скорости позволяет более эффективно использовать топливо.

— Предотвращение резких остановок – если транспортное средство будет останавливаться более длительный промежуток времени, электродвигатель сможет сгенерировать больше энергии.

Источник: https://www.electra.com.ua/elektroavtomobil/200-printsip-raboty-benzinovo-elektricheskikh-gibridnykh-avtomobilej.html

Преимущества и недостатки гибридных автомобилей

Как работает гибридный двигатель?

Гибридные автомобили становятся все более популярными и более распространенными. И это вполне понятно, ведь современный гибрид способен привнести качественно новый опыт для владельца. Кроме того, гибриды – это качественно новый виток эволюции автомобильной техники, которая уже давно ждала инноваций.

Тем не менее, сегодня мир автомобилистов разделился на два лагеря. Один из них утверждает, что гибриды – это будущее автомобильного мира, а другой – просто не признает автомобиль, который может использовать в качестве топлива что-то другое, кроме дизеля или бензина.

Именно поэтому мы решили подготовить для вас материал, в котором постараемся указать все плюсы и минусы владения гибридным автомобилем. Итак, давайте приступать.

Как работает гибридный автомобиль

Что такое гибридный автомобиль? Это автомобиль, который использует два или более двигателя, то есть электродвигатель и обычный двигатель (бензиновый или дизель). Электрический двигатель работает на более низких скоростях, а двигатель внутреннего сгорания — на более высоких. Гибридный автомобиль, такой как Toyota Prius и Civic Hybrid, не только экономит топливо, но и сокращает выбросы углекислого газа.

Хотя технология гибридов существует с начала 1900-х годов, она получила массовое распространение только в последнее десятилетие или около того. Существуют также правительственные программы стимулирования покупки гибридов, которые используют кредиты и специальные скидки для поддержки покупки и использования гибридных автомобилей. Многие города переводят свои общественные коммунальные транспортные средства на гибридные двигатели в рамках программы заботы об экологичности

В то время как большинство людей связывают гибридные транспортные средства с видом энергии, которая используется в качестве основного альтернативного топлива, теперь доступно больше вариантов гибридов. Есть автомобили, которые используют гибридные технологии с пропаном и природным газом. Гибридный автомобиль лучше всего определяется как транспортное средство с двигателем, который может переключаться между ископаемым топливом и альтернативным источником топлива.

Срок службы аккумулятора гибридного автомобиля

Батареи в современных гибридах рассчитаны на срок не менее 150 000 километров. Некоторые могут даже продержаться до 250 000 км пробега и более. Если вы являетесь первоначальным владельцем гибридного автомобиля, скорее всего, вам не придется заменять аккумулятор на протяжении довольно длительного времени, потому что изнашивается он очень медленно.

Тем не менее, гибридные батареи не защищены от влияние окружающей среды и законов физики. Как и любая другая часть автомобиля, они могут неожиданно выйти из строя. Вот почему автопроизводители предоставляют длительные гарантии на батарейный блок. Например, батарейный блок в Toyota Prius имеет гарантию на 150 000 километров. Honda и Ford дают гарантию на 100 000 километров пробега. Поэтому, можно с уверенностью сказать, что замена батареи – это редкое событие в мире гибридных электрокаров.

Если вы столкнулись с заменой батареи, не нужно паниковать. Стоимость нового батарейного блока для разных моделей гибридов продолжает снижаться и теперь составляет около 3000 долларов США. Но помните, что замена аккумулятора должна быть произведена профессионалам. Существуют строгие правила по обращению и утилизации старых батарей, которые могут быть источником опасных веществ.

Что касается самой замены, то очень немногие сторонние механики имеют необходимые навыки для решение этой задачи. Почти все замены выполняются сегодня дилерами, у которых есть опыт и нужное оборудование, чтобы сделать это правильно. Новые батареи, установленные официальным дилером, поставляются с полной гарантией, что является довольно существенным моментом.

Хотя существует много теорий о том, как продлить срок службы батарей гибрида, они очень малоэффективны. Простое поддержание вашего автомобиля в соответствии с рекомендациями — это лучший способ гарантировать, что ваш аккумулятор останется здоровым как можно дольше.

Когда вы узнаете, что пришло время для новой батареи? Тут все просто, ведь ваш автомобиль скажет вам об этом. Благодаря тому, что современные гибриды работают под пристальным слежением бортового компьютера, вы всегда будете в курсе не только того, что ваша батарея требует замены, но и сможете оперативно узнать о любых проблемах с вашим авто.

Читайте также  Какое давление в масляной системе двигателя?

Проблемы гибридных автомобилей

Большинство людей полагают, что гибридные автомобили обладают меньшей мощностью, чем обычные автомобили, что делает их не идеальными транспортными средствами при движении по горам или буксировке. Но это самое главное заблуждение. Недостатки будут зависеть от того, какой тип гибридного топлива используется вашим автомобилем. Ниже перечислены некоторые недостатки:

Меньше мощности. Гибридные автомобили используют два независимых двигателя, причем бензиновый двигатель выступает в качестве основного источника энергии. Два двигателя в автомобиле означают, что ни бензиновый двигатель, ни электродвигатель не будут такими же мощными, как в обычных бензиновых или электрических транспортных средствах. В результате получается меньше мощности, что делает автомобили непригодными для динамичного ускорения.

Дорогая покупка. Первым сдерживающим фактором для многих людей является высокая цена гибридных автомобилей, стоимость которых в среднем на пять-десять тысяч долларов больше, чем у обычных автомобилей. Тем не менее, это одноразовая инвестиция, которая оправдает себя на протяжении длительного времени.

Сложные в обращении. Гибридные автомобили располагают большим количеством узлов, чем обычное авто. Дополнительный вес в транспортных средствах снижает топливную экономичность. Поэтому в гибридах приходится идти на компромисс и снижать объем двигателя и уменьшать батареи.

Высокие эксплуатационные расходы. Ремонт и техническое обслуживание этих автомобилей может оказаться громоздким из-за двойных двигателей, непрерывного развития технологий и высоких затрат на техническое обслуживание. Поскольку использование гибридных автомобилей в качестве потребительских автомобилей является довольно новым, это может быть не самая простая задача — найти механика с необходимым опытом.

Батареи под высоким напряжением. В случае аварии высокое напряжение, содержащееся в батареях, может оказаться смертельным. Наличие такого высокого напряжения увеличивает риск того, что пассажиры могут сильно пострадать от электричества. Кроме того, также усложняется работа спасателей в случаи аварии.

Преимущества гибридных автомобилей

Переход на гибридный автомобиль имеет много преимуществ. Вот некоторые из них.

Экологичность. Одна из основных причин, по которой общественные и частные организации переходят на гибридные транспортные средства, заключается в том, что они работают на экологически чистых источниках. Электродвигатель и бензиновый двигатель при совместной работе снижают расход топлива, экономя ваш бюджет.

Экономичный. Для продвижения гибридных автомобилей правительства многих стан выделяют несколько кредитов для тех, кто хочет перейти на гибридную альтернативу. Они также подлежат освобождению от платы за проезд на платных дорогах и значительно меньше налоговых платежей ежегодно в дополнение к низким расходам на топливо.

Меньшая зависимость от ископаемого топлива. С помощью электродвигателя гибридное транспортное средство нуждается в меньшем количестве ископаемого топлива, что приводит к снижению выбросов и снижению зависимости от ископаемого топлива. Из-за этого также можно ожидать снижение цен на бензин.

Регенеративная тормозная система. Интересная вещь о гибридных автомобилях заключается в том, что каждый раз, когда вы применяете тормоза во время вождения, электрическая батарея немного подзаряжается.

Более высокая стоимость перепродажи. Поскольку бензин становится все дороже, все больше людей переходят на гибридные автомобили. Это привело к значительному увеличению стоимости перепродажи таких транспортных средств. Если вы переключитесь на гибридный автомобиль и не удовлетворены им, вы всегда можете перепродать его кому-то, кто ищет подобное авто, и получить довольно высокую цену.

Стоит ли покупать гибридный автомобиль

Вместо заключения хотим попробовать дать ответ на вопрос о том, стоит ли покупать гибридный автомобиль. Если взвесить все за и против, то мы считаем, что сегодня покупка гибрида – это однозначно выгодное вложение денег. Учитывая технологичность, экономичность и всевозможные правительственные дотации, гибрид должен стать реальным кандидатом на покупку, если вы сейчас как раз стоите перед выбором нового авто. Спасибо, что были с нами. Надеемся, наш материал будет для вас полезен.

Источник: https://engine-buzz.com/preimushhestva-i-nedostatki-gibridnyh-avtomobilej/