Гибридные автомобили навсегда и очень крепко обосновались на наших дорогах, и выбор гибрида вместо автомобиля с обычным двигателем внутреннего сгорания больше не считается прихотью или расточительностью. На самом деле, далеко не все знают, как работает гибридный автомобиль и какие у него преимущества.
Прежде чем мы рассмотрим устройство гибридного привода изнутри, давайте объясним цель его появления в автомобилях. За прошедшее столетие мы привыкли к автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Однако успех этого вида транспорта кроме удобства, является источником экологических проблем, таких как загрязнение воздуха в связи с высокими выбросами CO2.
Недостатком двигателя внутреннего сгорания является его способность эффективно работать только в относительно небольшом диапазоне скоростей. Именно этот недостаток заставляет использовать дополнительные устройства в виде коробки передач и сцепления, без которых невозможно было бы получить динамичное ускорение и добиться высоких скоростей. Даже при оснащении автомобиля многоскоростной коробкой передач, двигатель внутреннего сгорания вынужден работать в неоптимальном диапазоне параметров, что лучше всего видно при перегрузке дизельных двигателей, создающих дымовую завесу во время ускорения. Эти неудобства может значительно облегчить или полностью устранить гибридный дизель-электрический привод.
Типы гибридных автомобилей
Первое, что нужно знать – существует три основных типа гибридов. Первый так называемый Последовательный гибрид, в котором двигатель внутреннего сгорания механически не связан с колесами транспортного средства, а является приводом для генератора, вырабатывающего электричество, которое подается на электродвигатель, приводящий в движение колеса. Кроме этого есть еще параллельный и последовательно-параллельный гибридные приводы, речь о них пойдет ниже.
Последовательный гибрид – принцип действия
Последовательная гибридная система может быть оборудована дополнительным аккумулятором, который накапливает избыточную энергию, которая поддерживает генератор при более высоких нагрузках: при запуске, ускорении или движении в гору. Последовательная система обеспечивает работу двигателя внутреннего сгорания в комфортном диапазоне параметров и плавное, динамичное вождение – электродвигатель обеспечивает максимальный крутящий момент с самого начала движения.
Недостатком такого решения является двойное преобразование энергии, генерируемой двигателем внутреннего сгорания: от механической к электрической в генераторе и от электрической к механической в электродвигателе, что связано с неизбежными дополнительными потерями.
Параллельный гибрид – как он работает?
Второй тип гибридного привода – это параллельный гибрид, также к нему применяется термин мягкий гибрид. В этом решении двигатель внутреннего сгорания механически соединен с колесами, и является основным источником привода, а электродвигатель, расположенный на валу, соединяющем двигатель внутреннего сгорания с трансмиссией, используется для его поддержки в ситуациях, требующих повышенного крутящего момента – во время резкого ускорения или движения в гору.
Такое решение позволяет намного улучшить динамику автомобиля с двигателем внутреннего сгорания небольшой мощности, а также обеспечить ему наиболее благоприятные условия работы и при этом значительно снизить расход топлива. Однако эта система не устраняет традиционные компоненты привода, такие как коробка передач. Мягкие гибридные автомобили не могут работать только на электромоторе.
Последовательно-параллельный гибрид – принцип действия
Третий тип – это последовательно-параллельный гибрид. Также его называют полным гибридом. Как следует из названия, он сочетает в себе черты предыдущих решений, а именно, двигатель внутреннего сгорания механически связан с колесами и может (но не обязательно) быть источником их привода. Также колеса приводятся в движение электродвигателем, который может питаться от генератора или аккумулятора, подключенного к двигателю внутреннего сгорания. Аккумулятор также используется для хранения энергии, получаемой во время торможения.
Такая концепция позволяет получить высокую эффективность системы при сохранении относительно простой конструкции, попутно характеризующейся высокой надежностью. Это решение было разработано компанией Toyota – первым гибридом такого рода стал Toyota Prius – и в настоящее время этот тип используется во всех гибридных моделях японского бренда. На сегодняшний день Toyota является крупнейшим производителем гибридных автомобилей в мире. Автомобили с последовательно-параллельной системой являются наиболее распространенным типом гибридов.
Устройство полной гибридной системы автомобиля.
Сердцем гибридной системы является специальная планетарная передача, которая соединяет двигатель внутреннего сгорания, генератор и электродвигатель, соединенный с колесами. Эта трансмиссия суммирует крутящие моменты, создаваемые двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, и делит частоту вращения вала двигателя внутреннего сгорания между колесами и генератором, таким образом, выступая в качестве бесступенчатой трансмиссии с электронным управлением.
Задача электродвигателя – поддерживать двигатель внутреннего сгорания в самые тяжелые моменты – при запуске и ускорении. Полный гибридный привод позволяет ехать на самом электродвигателе, преодолевая короткие расстояния на городских скоростях без запуска бензинового двигателя и без расхода топлива. Благодаря эффективной системе рекуперации энергии от торможения нет необходимости заряжать гибриды от внешнего источника, поэтому каждый километр в электрическом режиме ничего не стоит, и к тому же значительно снижает средний расход топлива.
Преимущества использования гибридных автомобилей
Основным преимуществом гибридного автомобиля является экономия топлива без зарядки аккумулятора. Все, что вам нужно сделать, это заправиться. Как вы могли уже догадаться, чем больше мы тормозим, тем больше энергии генератор подает в аккумулятор. Вот почему гибриды – идеальные машины для города. Обычные автомобили в пробках потребляют во много раз больше топлива, чем при езде по маршруту с оптимальной скоростью, в то время как расход топлива в гибриде на перегруженных улицах может упасть примерно до 2 л/100 км.
Если вдуматься, система, состоящая из трех двигателей, может показаться сложной, но на самом деле это решение является очень простым. Бензиновый двигатель, работающий в экономичном цикле Аткинсона, никогда не перегружен и работает в оптимальном диапазоне оборотов . Гибридный автомобиль не нуждается в стартере, генераторе или сцеплении. Автоматическую планетарную коробку передач построить гораздо проще, чем популярные автоматические коробки передач с двойным сцеплением. Дополнительная мощность электродвигателей также означает, что вы можете отказаться от турбины, которая усложняет конструкцию обычных двигателей. Не требуется также сажевый фильтр или двухмассовый маховик. Система рекуперации энергии при торможении делает долговечнее традиционные тормоза, которые в гибридах используются намного реже. Все эти факторы приводят к большей долговечности гибридных автомобилей.
Система планетарной передачи и два электродвигателя-генератора представляют собой бесступенчатую трансмиссию с электронным управлением, которая называется e-CVT (электрическая бесступенчатая трансмиссия), и гибридный автомобиль приводится в движение так же, как и обычная машина.
Наличие тягового аккумулятора обычно вызывает сомнения в его долговечности и высокой стоимости возможной замены. На практике же, срок службы гибридной батареи рассчитан на весь период использования автомобиля. Это возможно благодаря точному контролю компьютера над зарядкой и разрядкой батареи – аккумулятор гибрида никогда не разряжается полностью и не перезаряжается выше нормы.
Процесс зарядки подключаемой гибридной машины
Все три типа гибридного привода не требуют зарядки аккумулятора от внешней сети. Но все же, каждый из них может быть выпущен в виде плагин-гибрида, оснащенного тяговым аккумулятором гораздо большей емкости. Это обеспечивает большую дальность поездки в электрическом режиме, обычно она составляет порядка 20-50 километров.
Toyota Prius Plug-in Hybrid – первый в своем роде автомобиль в линейке Toyota, под капотом которого скрывается последовательно-параллельный привод, который благодаря увеличенной батарее может проехать до 50 км на самом электродвигателе, а после этого работает, как и любой другой гибрид. Примером последовательного гибридного привода является Chevrolet Volt (Opel Ampera).
Зарядка плагин-гибрида является простой операцией – вам нужен источник питания – вилка или зарядное устройство и соответствующий кабель, наконечник которого подключается к порту в автомобиле. Гибридный автомобиль заряжается от сети переменного тока – будь то дома от обычной розетки или от так называемого зарядного устройства. Зарядка гибридного модуля постоянного тока с помощью быстрого зарядного устройства невозможна, поскольку в основном, в этих автомобилях установлены слишком маленькие аккумуляторы – мощностью около 10 кВт/ч. Для их зарядки обычно достаточно самого простого однофазного кабеля.
Где зарядить плагин-гибрид?
Самый простой способ в вашем собственном гараже – можно просто из розетки, хотя небольшая домашняя зарядка будет более удобной. Если вы хотите подзарядить автомобиль в течение дня, существует растущая сеть общественных зарядных устройств, некоторые из которых даже бесплатные, а за некоторые придется заплатить.
Субсидии для покупки гибридных автомобилей
Субсидии на гибридные автомобили являются одним из нескольких способов продвижения экологически чистых автомобилей, используемых в мире. К сожалению, такая поддержка доступна не во всех странах. Несмотря на это, гибридные автомобили все чаще предлагаются большинством производителей, а их продажи неуклонно растут. Наибольшую долю в этой части рынка занимает Toyota, и именно автомобили этой марки возглавляют рейтинги продаж гибридов.
Гибридные автомобили в настоящее время представлены практически во всех сегментах и типах кузовов – от городского Ярис до внедорожников и роскошных спортивных автомобилей, таких как Lexus LC или Porsche Panamera.
ВАС МОЖЕТ ЗАИНТЕРЕСОВАТЬ:
Не забывайте поставить оценку публикации. Ваше мнение всегда важно для автора. Понравилась статья - подписывайтесь на канал, делитесь с своими друзьями в соцсетях. Приятного просмотра...
