Автомобиль гибрид. классификация, история, современный гибрид

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге.

Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

• ДВС всегда работает на неизменных оборотах, с максимальным КПД;
• нет необходимости оснащать автомобиль мощным и прожорливым двигателем;
• не нужно сцепление и коробка передач;
• автомобиль способен передвигаться и с выключенным двигателем внутреннего сгорания за счет энергии, запасенной аккумуляторной батареей.

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

1. потери энергии в процессе преобразований;
2. большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме).

На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

рекуперативного торможения

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Мне нравится1Не нравится

Городская реальность на гибридной Honda

Есть даже русское руководство и русские карты. Но спасет не сильно

Описывать плюсы и минусы Civic не имеет смысла. В меру удобная машина с низким клиренсом, хорошей подвеской. Относительно дешева — ровно настолько, чтобы хорошо продаваться в регионах. Достаточно надежная, чтобы не сравнивать с российским автопромом.

В целом, «цивик» предлагает все, за что любят японский автопром. У описываемой машины всего 3 ярко выраженных преимущества: левый руль (машина для Европы), топовая комплектация (касается всех гибридов Civic), минимальный износ.

Об остальном могут рассказать другие владельцы аналогичных машин. Но вот езда на гибридной «хонде» отличается и от бензиновых, и от электрических выходцев с островов.

Начнем с полезного. Расход в городе около 5-7 литров, зимой — 6-9 недешевого АИ-95. При этом чем более медленная, рваная езда, чем больше остановок — тем меньше расход.

Почти классический “цивик”, но особенности оставляют его только фанатам

Фактически, в пробке этот гибрид идет почти всегда на электротяге с нулевым расходом топлива. И всего за один пятикилометровый проспект в час пик успевает пополнить батарею (о ней чуть позже, для новой потребуется около 10 км).

Фирменная система «старт-стоп» гасит двигатель на светофоре почти моментально, и не запускает его при полной батарее в теплое время года до скорости 30-35 км/ч. До 60 км/ч машина идет в смешанном режиме с работой двигателей 50/50.

Принцип работы гибридных автомобилей

Устройство автомобилей «нового поколения» безупречно и просто. Заправка осуществляется бензином. Когда загорается знак нулевого уровня топлива, то к работе подключается электродвигатель. При этом два мотора объединены конструкторами в единую систему, чтобы полноценно использовать два вида энергии – тепловую и электрическую.

Виды взаимодействий внутри отсека двигателя:

Последовательный вид. (По этому принципу работают электромобили).

• Параллельное взаимодействие. (В данном случае электромотор одновременно является стартером.)
• Последовательно-параллельное совмещение. (При этом варианте функционируют обе схемы).

Плюсы и минусы автомобиля гибрида

Гибрид авто имеет массу достоинств. Среди них:

• Расход бензина в пробках сокращается на 20-25 процентов.
• АКБ подзаряжается во время движения.
• Возможность зарядки от сети мощностью 220 в.
• Мгновенный разгон (за 7 секунд машина ускоряется до 100 км/ч).
• Мало выбросов углекислого газа в окружающую среду.
• Отличная работа (КПД) в городской среде.
• Уменьшение износа деталей тормозной системы.
• Режим электродвигателя отличается бесшумностью.

При покупке гибрида обнаруживаются и недостатки. На трассах выгоды гибридных машин не так очевидны. Аккумуляторы нового типа не характеризуются большим сроком службы. Напротив, любой резкий скачок температурных режимов может стать причиной преждевременной поломки. А утилизация отработанного мотора – целая проблема для автолюбителя.

Тем не менее, достоинства автомобиля оцениваются по высшему разряду. При покупке электромобиля потребителя сдерживают только цены. Впрочем, и ремонт, и стоимость запасных частей обойдутся дороже. Не каждый профессионал возьмется за восстановление сложной конструкции движка.

Обслуживание и эксплуатация гибрида в зимний период

Бытует мнение, что, когда наступают холода, электромобиль гибрид не используется: аккумулятор категорически не переносит критических температур и выходит из строя. На практике собственники машин активно эксплуатируют свое движимое имущество даже при – 26 градусов при соблюдении некоторых условий эксплуатации транспортного средства:

• Перед началом сезона проводится диагностика батареи.
• При наступлении зимнего периода собственник поддерживает зарядку АКБ до 70 процентов.
• Если владелец не планирует пользоваться автомобилем зимой, то не нужно забывать заводить машину не менее чем три раза в неделю.
• При разрядке батареи возможно «прикурить» средство передвижения. Для этого не рекомендуется нажимать на педаль газа. Для восстановления работоспособности автомобиля достаточно положить провода на батарею, подождать некоторое время и начинать заводить стартер.

В гараже гибридный автомобиль не хранится. Он просто готовится к зимнему сезону. На станции технического контроля проверяются следующие компоненты и агрегаты: дроссельную заслонку, свечи, катушку зажигания. Обязательная диагностика проводится раз в год.

Марки гибридных автомобилей

Первый электромобиль был изобретен еще в 1899 году Фердинандом Порше и с тех пор началась «гибридизация», но серийно машины будущего стали выпускаться только ровно через век. Первопроходцем считается Toyota Pirus, вышедшая с конвейера в Японии в 1997 году.

В России на сегодняшний момент предлагаются следующие виды гибридных машин:

• Audi Q Данное транспортное средство имеет мощность 245 лошадиных сил и разгоняется до максимальной скорости в 222 км/ч. Благодаря электромотору к базовой стоимости автомобиля прибавляется 1 миллион рублей. Таким образом, цена поднимается до 2 миллионов 500 рублей. Audi Q Автомобиль разгоняется до 100 км ровно за 7.3 секунд. Расход топлива равняется 6.2 л на 100 км.
• BMW ActiveHybrid Стоимость данной модели составляет 5 миллионов рублей.
• Cadillac Escalade. Американец по праву признан городским хэтчбеком. Его характеристики: полный привод, мотор 337 лошадиных сил, скорость до 180 км/ч.
• Lexus RX400h — это доступная марка для среднего класса. За 1 миллион 200 тысяч будущий владелец получает минимальный расход бензина в городских условиях – до 3,9 литров.

• Honda Civic Hybrid — Очень надежный и экономичный автомобиль.

• Mercedes-Benz S Гибрид-седан считается самой дешевой моделью. Мотор и электродвигатель имеют суммарную мощность 299 лошадиных сил.
• Toyota Prius. Эта марка – самая дешевая в России (1 миллион 200 тысяч рублей). Он ускоряется за 10,4 секунд и экономит топливо из расчета 3,7 на трассе и 3,9 – в пробках.

Электродвигатель рассматривается автолюбителями как альтернативный источник энергии. Его заводская установка позволяет придать автомобилю небывалую динамичность, мощность. Кроме того, у автолюбителя не возникает проблем с «зелеными» правозащитниками. Также учтите, при осуществлении выгодной покупки собственники могут заезжать на заправочную станцию не чаще, чем 2 раза в неделю. Шагайте в ногу со временем и приобретайте автомобиль будущего!

3 типа гибридных агрегатов

Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.

Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.

Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.

Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.

Микрогибридный силовой агрегат

Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).

Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.

Микрогибрид от компании Mazda

Среднегибридный силовой агрегат

Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.

Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.

Полногибридный силовой агрегат

Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.

В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.

Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.

Преимущества и недостатки гибридных автомобилей

Во многих странах с каждым годом популярность на электромобили становится все выше. Этому способствует множество причин. Например, такие автомобили более экологичны, экономичны и зачастую имеют больше интересных опций и режимов. Несмотря на это, большинству водителей все еще сложно начать доверять электрокарам. Многие находят компромисс в гибридных автомобилях, совмещающих в себе два и более вида силовых агрегатов.

В преимущества гибридных автомобилей можно отнести:

Экологичность и экономичность 

Гибридные автомобили расходуют примерно на 30% меньше топлива, чем авто с ДВС. Это также означает, что количество токсичных выхлопов становится значительно меньше, а это положительно влияет на окружающую среду. Электродвигатель также поддерживает холостой ход автомобиля, обеспечивая плавный старт и разгон. После того, как автомобиль набирает скорость около 40 км/ч, включается ДВС, начиная подзарядку батареи электромотора. Это значительная экономия в условиях города, где присутствует загруженный трафик.

Динамичность 

Большинству водителей важно, чтобы их автомобиль был достаточно динамичен на дороге. Владельцы гибридов отмечают, что не испытывают особой разницы в езде между авто с ДВС и гибридом. . Отсутствие обязательной подзарядки

Отсутствие обязательной подзарядки

Главное преимущество гибридного автомобиля в сравнении с электромобилем — это отсутствие обязательной подзарядки. Гибрид не нуждается в этом, так как электродвигатель получает заряд за счет системы рекуперативного торможения, позволяющей преобразовывать кинетическую энергию движения в электроэнергию. 

Отсутствие страха, когда топливо заканчивается

Электродвигатель гибрида позволяет, в среднем, проехать около 30 км без использования ДВС. Это может вовремя выручить, когда топливо в баке подходит к концу, а до заправки осталось еще немного

Экономия на обслуживании гибрида

Гибридная установка также позволяет экономить на техническом обслуживании. Благодаря использованию бензинового мотора в более щадящем режиме и меньшее количество времени, его детали меньше изнашиваются, что способствует экономии на сервисе.

Перечисляя недостатки гибридных автомобилей нужно выделить такие моменты, как:

Высокая стоимость гибридного авто

Имея желание приобрести гибридное авто, нужно быть готовым к тому, что за владение такого универсального компромисса придется отдать немалую сумму денег. Стоимость такого авто зачастую значительно выше машины с двигателем внутреннего сгорания.

Дорогостоящее и сложное обслуживание 

Несмотря на то, что ресурсы двигателя сохраняются куда дольше, чем у традиционного автомобиля с ДВС, в случае, когда гибридное авто имеет проблемы технического характера, ремонт может обойтись в круглую сумму. В значительной мне это связано с тем, что гибридные авто сегодня все еще являются некой экзотикой на рынке. Это значит, что найти специалистов, способных провести качественный ремонт, не так просто, как кажется. 

Проблемы с поиском запчастей

В силу того, что гибриды все еще не так распространены, как традиционные авто с ДВС, отыскать на них необходимые запчасти — задача трудновыполнимая. Зачастую их приходится заказывать. Они также являются дорогостоящими и часто не могут быть заменены более дешевым аналогом.

Малый выбор на рынке

Из-за небольшой популярности гибридов у массового потребителя, отечественный рынок не может похвастаться большим ассортиментом, ограничиваясь несколькими самыми распространёнными моделями. Это касается как подержанных, так и новых автомобилей.

Дополнительный вес

Масса гибридных автомобилей зачастую больше, чем масса традиционных авто с ДВС. Это обусловлено наличием дополнительных батарей и электродвигателя. Поэтому, в зависимости от модели гибрида, этот фактор может негативно повлиять на маневренность авто.

Стоимость батареи

После того, как батарея выходит из строя, ее необходимо заменить. Не рекомендуется использовать батарею, которая имеет какие-либо повреждения или высокий уровень изношенности. Зачастую простой заменой поврежденных ячеек дело не обходится и необходимо покупать весь узел в сборе, стоимость которого не дешевая.

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:

• очень высокий КПД, доходящий до 90%;
• мгновенно запускается и останавливается;
• не требует переключения передач;
• одинаково работает в обоих направлениях;
• очень динамичен — быстро разгоняет авто;
• полное отсутствие шума и грязного выхлопа.

Конечно, в гибридных машинах эти достоинства раскрываются не полностью. Автомобили с последовательной схемой, где электромотор только запускает и поддерживает ДВС, почти полностью лишены всех этих плюсов. Такие «гибриды» могут похвастать лишь быстрым и лёгким запуском, небольшой экономией топлива и чуть улучшенной динамикой. Зато и специфических минусов нет — это, фактически, усовершенствованный вариант традиционного авто.

Статья в тему: Самостоятельная замена помпы автомобиля Opel Astra

Намного экономичнее и динамичнее вариант, где ДВС только питает батарею электродвигателя. Для этого не нужна большая мощность, так что можно обойтись двумя или тремя цилиндрами очень небольшого объёма. Такая последовательная схема отлично раскрывает потенциал электропривода. Есть и минусы — такие машины не бесшумны и всё-таки загрязняют природу отработанными газами, хоть и в небольшой степени.

Параллельные и последовательно-параллельные типы «гибридов» очень разнообразно сочетают плюсы и минусы ДВС и электромоторов, в зависимости от конкретных моделей машин и используемых технологий. Например, некоторые автопроизводители делают упор на использование машины в городских условиях. Здесь преимущества езды на электроприводе очевидны:

• нулевой расход бензина или дизельного топлива;
• полное отсутствие загрязняющих выбросов;
• двигатель не порождает шумы и вибрации;
• не нужно часто переключать режимы КПП;
• машина может очень быстро разогнаться.

Недостатки гибридных автомобилей почти идентичны таковым у традиционных машин и электромобилей, только выражены не так отчётливо. Прежде всего, это сложность и дороговизна «гибридов», причём они дороги не только в покупке, но и в обслуживании. Электробатареи очень чувствительны к ударам и высоким температурам, что может привести к взрыву и сильному пожару. Бесшумность хода на электротяге опасна для пешеходов, они просто не слышат приближающийся автомобиль.

До сих пор не решены трудности использования электродвигателей в холодном климате с морозными зимами и в условиях бездорожья. Здесь главные плюсы гибридных машин — высокая экономичность и экологичность — чаще всего полностью сходят на нет. Впрочем, даже в холодные зимы «гибриды» вполне неплохо чувствуют себя в городских условиях, которые можно назвать естественной средой их обитания.

Городские мифы о гибридах

1. Может ударить током. До сих пор кое-кто полагает, что водителя и пассажиров гибридного авто может ударить током. Это абсолютно не так. Гибриды имеют отличную защиту, в том числе и от риска такого поражения. И если вы думаете, что аккумулятор авто также взрывается как на смартфонах — вы ошибаетесь
2. Плохо работают в морозы. Почему-то некоторые автомобилисты считают, что гибридные авто плохо работают зимой. Это очередной миф, от которого пора уже давно избавиться. Все дело в том, что ДВС запускается высоковольтным электромотором и тяговой батареей, которые по мощности в разы превосходят традиционные стартер и АКБ. Пока батарея не нагреется до комнатной температуры, ее отдача будет ограничена, что лишь косвенным образом повлияет на выходную мощность системы, поскольку первичным источником энергии у гибрида остается двигатель внутреннего сгорания. Поэтому морозы такому автомобилю не страшны.
3. Дорогие в обслуживании.Многие считают, что обслуживать гибридные автомобили дороже, чем обычных бензиновых авто. Это не так. Стоимость техобслуживания одинаковая. Иногда даже техобслуживание гибридного авто может быть дешевле, благодаря особенностям силовой установки. К тому же гибридные автомобили гораздо меньше расходуют топлива, чем машины с ДВС.

Эксплуатация гибридов: разрушаем мифы

• Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
• В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
• Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
• ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
• Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.

Идея экономии горючего в гибридных авто состоит в том, чтобы при заряженном аккумуляторе как можно дольше двигаться только на электротяге на скоростях до 60 км/ч., чего зачастую хватает в плотном городском потоке. Также необходимо добавить, что система учитывает большое количество факторов: наружную температуру, степень прогрева ДВС и ОЖ, заряд батареи, движение под уклон или на горку и т.д. В разных условиях гибрид может задействовать ДВС, а может передвигаться только на электрической энергии.

• Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
• На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.