Гибридный привод автомобиля – .

Содержание

Гибридные приводы | Автомобильный справочник

Гибридные приводы (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD) — технология силовой установки автомобиля, основанная на синергетическом эффекте, разработанная японской корпорацией «Toyota». Впервые применена в 1997 году в серийном автомобиле «Prius». Комплекс управляется компьютером по концепции Drive-by-Wire (без прямого механического контакта). О том, как выглядят системы гибридных автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Содержание

 

 

Гибридные автомобили (HEV) сочетают дви­гатель внутреннего сгорания и, как минимум, один электропривод. В этом отношении имеется ряд конфигураций, выполняющих различные цели, и отличающиеся степенью использования электроэнергии для приведе­ния автомобиля в движение. Использование гибридных приводов преследует три следую­щие основные цели (см. рис. «Принцип действия гибридного автомобиля на примере параллельного гибридного привода» ): снижение расхода топлива и, следовательно, выбросов СO2, снижение токсичности отработавших газов и увеличение крутящего момента и мощности.

 

 

Характеристики гибридных приводов

 

Для питания электропривода гибридного автомобиля требуется тяговая аккумулятор­ная батарея. В настоящее время используются никель-металлгидридные или литий-ионные тяговые аккумуляторные батареи с относительно высоким уровнем напряжения от 200 до 400 В.

Электропривод состоит из электродвигателя и инвертора. Применяемые электродвигатели, как правило, представляют собой синхронные машины с постоянными магнитами, отличаю­щиеся высокой плотностью мощности.

Электропривод обеспечивает высокий кру­тящий момент при низких частотах вращения вала. Таким образом, он идеально дополняет двигатель внутреннего сгорания, крутящий момент которого начинает возрастать только по достижении средних частот вращения. Таким образом, электропривод и двигатель внутреннего сгорания совместно способны обеспечить высокие динамические харак­теристики автомобиля при любых условиях движения (см. рис. «Кривые крутящего момента» ).

 

Преимущества гибридных приводов

 

По сравнению с обычной кинематической це­пью привода сочетание двигателя внутрен­него сгорания и электроприводов имеет следующие преимущества:

Помощь, оказываемая электроприводом, дает возможность использовать двигатель внутреннего сгорания в основном в диапа­зоне его наилучшего КПД. или минимального количества токсичных выбросов (оптимиза­ция рабочей точки).

Комбинация с электроприводами позво­ляет использовать двигатели внутреннего сгорания меньшего рабочего объема при та­кой же общей эффективной мощности.

Кроме того, гибридный привод позволяет использовать трансмиссию с более высокими передаточными отношениями с сохранением динамических характеристик автомобиля.

Работа электропривода в генераторном режиме во время торможения дает возмож­ность преобразования части кинетической энергии автомобиля в электроэнергию. Эта электроэнергия может накапливаться в акку­муляторной батарее и в дальнейшем исполь­зоваться для привода автомобиля.

Некоторые конфигурации электроприводов позволяют автомобилю использовать для движения только электропривод. В этом случае двигатель внутреннего сгорания выключается, и автомобиль движется с «нулевыми» выбросами.

 

 

Функции гибридных приводов

 

В зависимости от условий двигатель вну­треннего сгорания и электропривод вносят в движение автомобиля различный вклад. Распределение мощности между двумя при­водами определяет система управления ги­бридным приводом. Взаимодействие двигателя внутреннего сгорания, электропривода и тяговой аккумуляторной батареи определяет различные режимы работы системы.

Пуск/стоп

 

Функция «Пуск/стоп» позволяет временно выключать двигатель внутреннего сгорания без участия водителя (поворота ключа зажи­гания). При этом двигатель выключается во время остановок и автоматически запуска­ется при возобновлении движения.

Рекуперативное торможение

 

Во время рекуперативного торможения авто­мобиль тормозится не за счет тормозного мо­мента, создаваемого обычной тормозной си­стемой (или не только за счет этого момента), а за счет тормозного момента, создаваемого электроприводом, работающим в генератор­ном режиме. При этом электропривод пре­образует кинетическую энергию автомобиля в электроэнергию, которая запасается в тя­говой аккумуляторной батарее (см. рис. «Рекуперативное торможение» ). Рекуперативное торможение также известно под названиями рекуперации или регенерации.

 

Концепции гибридных приводов

 

Понятие гибридного привода относится к ре­жимам, при которых двигатель внутреннего сгорания и электропривод создают приводной крутящий момент совместно (см. рис. «Движение в режиме гибридного привода» ).

Режим гибридного привода можно разде­лить на генераторный и двигательный режимы работы. В генераторном режиме происходит зарядка тяговой аккумуляторной батареи (см. рис. «Генераторный режим» ). При этом двигатель внутреннего сгорания вырабатывает больше энергии, чем это требуется для приведения автомобиля в движение. Избыточная энергия поступает в электропривод и преобразуется в электроэнер­гию, которая запасается в тяговой аккумуля­торной батареи.

В двигательном режиме тяговая аккуму­ляторная батарея разряжается (см. рис. «Движение в режиме гибридного привода» ). Электропривод помогает двигателю внутрен­него сгорания в создании требуемой тяговой мощности.

Движение на электроприводе

 

В этом режиме автомобиль приводится в движение только электроприводом. При этом двигатель внутреннего сгорания механически отсоединяется от кинематической цепи при­вода автомобиля и выключается (см. рис. «Движение только на электроприводе» ). В этом режиме автомобиль движется прак­тически бесшумно и не выбрасывает в атмо­сферу отработавшие газы.

 

Зарядка аккумуляторной батареи от электросети

 

Тяговая аккумуляторная батарея заряжается от электросети с использованием специаль­ного зарядного устройства.

 

Системы гибридных автомобилей

 

В зависимости от выполняемых функций существуют следующие системы гибридного привода (см. табл. «Системы гибридного привода и их функции» ).

 

 

Система «Пуск/стоп»

 

Система «Пуск/стоп» выполняет функции пуска/остановки двигателя внутреннего сгорания и рекуперации. С этой целью осуществляется специальная адаптация режима работы генератора. В нормальном режиме движения генератор работает в режиме низ­кой выходной мощности. Во время движения накатом выходная мощность генератора уве­личивается с тем, чтобы использовать для выработки электроэнергии большую часть кинетической энергии, высвобождающейся при замедлении автомобиля.

При помощи системы «Пуск/стоп» может быть получена экономия топлива 4-5% (в ходе испытаний IMEDC (новый европейский цикл движения)).

Слабый гибридный привод

 

Категория «Слабый гибридный привод» в дополнение к функциям пуска/остановки двигателя внутреннего сгорания предлагает функции гибридного привода, включая генера­торный и двигательный режимы работы элек­тропривода. Движение только на электропри­воде невозможно. Фактически электропривод может самостоятельно приводить автомобиль в движение, но двигатель внутреннего сгора­ния всегда участвует в этом процессе. Система «Слабый гибридный привод» по­зволяет достигнуть в ходе испытаний NEDC экономии топлива от 10 до 15%.

 

 

Сильный гибридный привод

 

Система «Сильный гибридный привод» в дополнение к функциям системы «Слабый гибридный привод», может приводить автомобиль в движение только на электропри­воде (на небольшие расстояния). На время движения на электроприводе двигатель внутреннего сгорания выключается. Система «Сильный гибридный привод» по­зволяет достигнуть в ходе испытаний IMEDC экономии топлива от 20 до 30%.

Заряжаемый гибридный привод

 

Система «Заряжаемый гибридный привод» является разновидностью системы «Сильный гибридный привод». Она предполагает возможность зарядки тяговой аккумуляторной батареи от электросети при помощи специ­ального зарядного устройства. В таких систе­мах используются тяговые аккумуляторные батареи большой емкости, позволяющие проезжать большие расстояния только на электроприводе.

Система «Заряжаемый гибридный привод» позволяет достигнуть в ходе испытаний NEDC экономии топлива от 50 до 70%. Такие зна­чения обусловлены тем, что некоторая часть энергии, необходимой для приведения авто­мобиля в движение, поступает из электро­сети и не имеет прямого отношения к сниже­нию расхода топлива.

Конфигурации гибридного привода

 

В гибридных автомобилях применяются раз­личные конфигурации двигателя внутреннего сгорания, трансмиссии и электроприводов. В со­ответствии с различными конфигурациями рас­пределения энергетических потоков гибридные автомобили можно разделить на следующие категории: параллельные, последовательные и разделенные по мощности гибридные приводы.

Параллельный гибридный привод

 

Принцип действия

 

На автомобилях с параллельным гибридным приводом двигатель внутреннего сгорания и электропривод участвуют в приведении авто­мобиля в движение независимо от друг друга (см. рис. «Параллельный гибридный привод с одним сцеплением (P1-HEV)» ). Два источника энергии-двигатель внутреннего сгорания и тяговая аккумулятор­ная батарея работают параллельно друг другу, совместно генерируя энергию, необходимую для приведения автомобиля в движение.

Параллельный гибридный привод может иметь описанные выше варианты «Слабый гибридный привод» («пуск/стоп», рекупера­тивное торможение и гибридное движение) или «сильный гибридный привод» (дополни­тельно движение только на электроприводе).

Фундаментальным преимуществом парал­лельного гибридного привода является воз­можность сохранения обычной кинематиче­ской цепи привода. Объем работ, связанных с разработкой и установкой систем параллель­ного гибридного привода меньше по сравне­нию с последовательными и разделенными гибридными приводами, поскольку для таких систем требуется только один электропривод малой электрической мощности, и объем ра­бот по адаптации обычной кинематической цепи привода сравнительно невелик.

Слабый» параллельный гибридный привод

 

В варианте слабого параллельного гибридного привода (см. рис. «Параллельный гибридный привод с одним сцеплением (P1-HEV)» ) электропривод прямо соединен с двигателем внутреннего сгорания. В отличие от последовательного и разделен­ного гибридного привода частота вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сго­рания не может регулироваться независимо от скорости вращения электропривода.

Двигатель внутреннего сгорания не может быть механически отсоединен от электро­привода. Тормозящий момент двигателя внутреннего сгорания снижает потенциал рекуперативного торможения.

Движение автомобиля только на электро­приводе при такой конфигурации невоз­можно. На самом деле электропривод может служить в качестве единственного источника энергии, но во время движения двигатель внутреннего сгорания всегда соединен с ним.

Электропривод может использоваться в качестве вспомогательного источника энер­гии и, следовательно, служить для улучшения динамических характеристик автомобиля.

Сильный» параллельный гибридный привод

 

«Сильный» параллельный гибридный привод мо­жет быть сконфигурирован несколькими спосо­бами. Очевидной конфигурацией является прямое расширение возможностей «слабого» гибридного привода (см. рис. «Параллельный гибридный привод с двумя сцеплениями (P2-HEV)» ). Между двигателем внутрен­него сгорания и электроприводом устанавлива­ется муфта, позволяющая отсоединять двигатель внутреннего сгорания от электропривода и при­соединять его к электроприводу. Это дает возмож­ность движения только на электроприводе. Двига­тель внутреннего сгорания может быть отсоединен также и во время замедления автомобиля. Во-первых, это повышает потенциал рекуперативного торможения. Во-вторых, это дает возможность движения «накатом», когда автомобиль замед­ляется только под действием аэродинамического сопротивления и трения качения шин.

Чтобы такая конфигурация привода была приемлемой, очень важно, чтобы двигатель внутреннего сгорания мог запускаться во время движения на электроприводе без дискомфорта для водителя и пассажиров. Эта цель может быть достигнута двумя способами. В про­стейшем случае двигатель внутреннего сгорания запускается отдельным стартером, когда сцепление выключено, и запуск двигателя не оказывает нежелательного влияния на движе­ние. Однако, это требует наличия отдельного стартера, без которого в остальных случаях на гибридных автомобилях можно обойтись.

Другим вариантом является управление двигателем внутреннего сгорания, электро­приводом и сцеплением таким образом, чтобы скомпенсировать влияние запуска двигателя на движение автомобиля. С этой целью «ин­теллектуальная система управления» обраба­тывает сигналы датчиков двигателя внутрен­него сгорания, электропривода и сцепления. Сцепление должно быть способно автомати­чески адаптироваться к изменению условий и отрабатывать сигналы системы управления.

Сильный» гибридный привод с трансмиссией с двойным сцеплением

 

Установка дополнительного сцепления в кон­фигурации «сильного» параллельного гибрид­ного привода приводит к увеличению длины кинематической цепи привода. На некоторых автомобилях требуемое для установки при­вода такой конфигурации пространство ока­зывается недоступным. Эту проблему можно решить, встроив электропривод в трансмис­сию с двойным сцеплением (см. рис. «Параллельный гибридный привод с трансмиссией с двойным сцеплениями» ). При этом электропривод более не соединен с ко­ленчатым валом двигателя внутреннего сгора­ния. Вместо этого он соединяется с подузлом трансмиссии с двойным сцеплением. В этой конфигурации дополнительное разъединяю­щее сцепление между двигателем и электро­приводом отсутствует. Движение только на электроприводе при остановленном двига­теле возможно за счет выключения двойного сцепления трансмиссии. Таким образом, эта конфигурация также является вариантом па­раллельного «сильного» гибридного привода. В зависимости от выбранной передачи трансмиссии, могут иметь место различные переда­точные отношения между двигателем и элек­троприводом. Это дает дополнительную степень свободы в отношении управления гибридным приводом, что может быть использовано для дальнейшего снижения расхода топлива.

Разделенный по осям параллельный гибридный привод

 

Еще одна конфигурация параллельного ги­бридного привода заключается в электро­приводе отдельной оси (см. рис. «Раздельный по осям параллельный гибридный привод (AS-HEV)» ). Здесь обычная кинематическая цепь привода, включающая двигатель внутреннего сгора­ния и трансмиссию на ведущей оси, объе­динена с осью и электроприводом. Такую конфигурацию можно отнести к «сильному» гибридному приводу, поскольку двигатель внутреннего сгорания может быть выключен, и движение может осуществляться только на электроприводе. Такая конфигурация требует наличия полуавтоматической транс­миссии и системы пуска/останова двигателя внутреннего сгорания.

Эта конфигурация также классифициру­ется как параллельный гибридный привод, поскольку в ней тяговые мощности двига­теля внутреннего сгорания и электропривода также складываются. Однако, в отличие от конфигураций, описанных выше, точка сло­жения этих мощностей находится не в преде­лах кинематической цепи привода, а в пло­скости ведущих колес.

В этом случае зарядка тяговой аккумуля­торной батареи осуществляется за счет избыточной мощности двигателя внутреннего сгорания с одновременным торможением со стороны электропривода. Это означает, что тяговая аккумуляторная батарея не может заряжаться, когда автомобиль неподвижен.

Взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электропривода создает полно­приводную конфигурацию автомобиля. Распределение крутящих моментов может изменяться посредством регулирования в широких пределах тягового момента электропривода. Однако, постоянный полный привод может быть реализован только, когда в дополнение к электроприводу, питающе­муся от тяговой аккумуляторной батареи, имеется второй электропривод, соединен­ный (установленный на коленчатом вале или соединенный с ним ременной передачей), который может вырабатывать требуемую электроэнергию. Это позволяет заряжать тя­говую аккумуляторную батарею также, когда автомобиль неподвижен.

Последовательный гибридный привод

 

На автомобилях с последовательным ги­бридным приводом (см. рис. «Последовательный гибридный привод (S-HEV)» ) двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение электропривод, который работает в качестве генератора. Генерируемая таким образом электроэнергия, совместно с тяговой аккуму­ляторной батареей используется для питания второго электропривода, который приводит автомобиль в движение. С точки зрения рас­пределения потоков энергии здесь имеет ме­сто последовательное соединение.

Последовательный гибридный привод можно отнести к «сильному» гибридному приводу, поскольку при такой конфигурации могут выполняться все требуемые функции (пуск/останов двигателя внутреннего сгора­ния, рекуперативное торможение, гибридный привод, движение только на электроприводе).

Преимущества:

В связи с отсутствием механического соеди­нения между двигателем внутреннего сгора­ния и ведущими колесами эта конфигурация дает определенные преимущества. Так, в кинематической цепи привода не требуется наличия трансмиссии с обычным диапазоном передаточных отношений. Это дает дополнительное свободное пространство для разме­щения всей системы привода.

Кроме того, запуск двигателя внутреннего сгорания во время движения на электропри­воде не оказывает нежелательного влияния на движение автомобиля.

Основное преимущество заключается в возможности свободного выбора рабочего режима двигателя. Это способствует сниже­нию расхода топлива и токсичности отрабо­тавших газов. Также работа двигателя может быть оптимизирована в пределах ограничен­ного рабочего диапазона.

Недостатки:

Недостатки последовательного гибридного привода заключаются в необходимости двой­ного преобразования электроэнергии. Потери, связанные с этим двойным преобразо­ванием, выше, чем в случае чисто механической передачи мощности посред­ством трансмиссии.

Кроме того, для передачи мощности двига­теля внутреннего сгорания требуются два электропривода одинаковой мощности.

При низких скоростях последовательный гибридный привод, несмотря на большие потери, дает экономию топлива, поскольку при этих условиях преимущества свободного выбора рабочего режима двигателя пере­вешивают недостатки такой конфигурации. При средних и высоких скоростях ситуация меняется на противоположную.

Применение последовательного гибридного привода

 

В настоящее время последовательные ги­бридные приводы применяются в основном на дизель-электрических локомотивах и городских автобусах.

На легковых автомобилях конфигурации последовательного гибридного привода все более широко используются на электромобилях, рабочий диапазон которых расширяется за счет двигателя внутреннего сгорания.

Последовательно-параллельный гибридный привод

 

Последовательно-параллельный гибридный привод представляет собой расширение по­следовательного привода (см. рис. «Последовательно-параллельный гибридный привод (SP-HEV)» ) за счет механического соединения двух электропри­водов при помощи управляемого сцепления.

Последовательно-параллельный гибрид­ный привод, сохраняя преимущества после­довательного привода в диапазоне низких скоростей, избавлен от его недостатков в ди­апазоне средних и высоких скоростей. Когда сцепление включено, последовательно-­параллельный гибридный привод работает как параллельный привод.

Поскольку двойное преобразование элек­троэнергии имеет место только в диапазоне низких скоростей и значений выходной мощ­ности, для последовательно-параллельного гибридного привода достаточно электропри­водов меньшей мощности, чем для последо­вательного привода.

В то же время, последовательно-парал­лельный привод теряет указанное выше преимущество последовательного привода в отношении компактности в связи с механи­ческим соединением двигателя внутреннего сгорания с ведущими колесами. По сравне­нию с параллельным гибридным приводом для выполнения такой же задачи требуются два электропривода.

Гибридный привод с разделением мощности

 

Принцип действия

 

Гибридный привод с разделением мощности сочетает особенности параллельного и после­довательного гибридных приводов. Некоторая часть мощности двигателя внутреннего сгора­ния преобразуется в электроэнергию первым электроприводом, а оставшаяся часть, со­вместно со вторым электроприводом, исполь­зуется для приведения автомобиля в движение. Гибридный привод с разделением мощности также можно отнести к «сильному» гибрид­ному приводу, поскольку при такой конфигура­ции могут выполняться все требуемые функции (пуск/останов двигателя внутреннего сгорания, рекуперативное торможение, гибридный при­вод, движение только на электроприводе).

Однорежимный гибридный привод

 

Концепция однорежимного гибридного привода поясняется приведенной ниже схемой (см. рис. «Гибридный привод с разделением мощности (однорежимная концепция)» ). Центральным компонентом конфигурации является планетарный редуктор, посредством своих трех выходных валов соединенный с дви­гателем внутреннего сгорания и двумя электро­приводами. Такая конфигурация позволяет изменять частоту вращения коленчатого вала независимо от скорости движения автомобиля. В соответствии с принятым термином «CVT— трансмиссия» (плавно регулируемая трансмис­сия), здесь имеет место «eCVT-трансмиссия» (электрическая CVT-трансмиссия).

Некоторая часть мощности двигателя вну­треннего сгорания передается кинематиче­ской цепью на ведущие колеса. Оставшаяся часть мощности передается с двойным пре­образованием энергии на ведущие колеса через электроприводы.

В случае низкой потребности в мощности может использоваться электрический способ передачи мощности, аналогичный последова­тельному гибридному приводу. При высокой потребности в мощности может быть исполь­зована механическая кинематическая цепь. В отличие от последовательно-параллельного гибридного привода, здесь произвольное переключение между механическим и элек­трическим трактами передачи мощности не­возможно. В зависимости от конфигурации планетарного редуктора, электроприводов и двигателя внутреннего сгорания, возможны только строго определенные комбинации ме­ханического и электрического трактов пере­дачи мощности.

Таким образом, гибридный привод с разделе­нием мощности при низких и средних скоростях дает существенную экономию топлива. В то же время при высоких скоростях никакой дополни­тельной экономии топлива не достигается.

Аналогично последовательному гибрид­ному приводу для гибридного привода с разделением мощности требуются электро­приводы с относительно высокой выходной мощностью, в диапазоне установленной мощности двигателя внутреннего сгорания.

 

 

Двухрежимный гибридный привод

 

За счет установки второго планетарного ре­дуктора однорежимный гибридный привод с разделением мощности может быть преобразован в двухрежимный гибридный привод.

При этом увеличивается механическая сложность системы, но в то же время система становится более простой в электрическом отношении. Такая конфигурация позволяет использовать электроприводы меньшей мощности. Кроме того, по сравнению с однорежимным гибридным приводом достигается более высокая экономия топлива.

Системы управления гибридными приводами

 

Эффективность, которая может быть до­стигнута за счет гибридного привода, зависит не только от его конфигурации, но также в большой степени от системы управления высшего уровня. На рис. «Организация сети систем управления компонентами кинетической цепи привода», приведен при­мер объединения в сеть отдельных компо­нентов и систем управления автомобиля с параллельным гибридным приводом. Си­стема управления гибридным автомобилем высшего уровня координирует работу всей системы, подсистемы которой имеют свои собственные функции управления. К этим подсистемам относятся системы управления тяговой аккумуляторной батареей, двигате­лем внутреннего сгорания,электроприводом, трансмиссией и тормозной системой.

 

 

В дополнение к управлению подсистемами, система управления гибридным автомобилем также включает общую стратегию управле­ния, оптимизирующую работу кинемати­ческой цепи привода. Выбранная стратегия управления оказывает влияние на расход то­плива и токсичность отработавших газов за счет оптимального управления такими функ­циями, как пуск/останов двигателя внутрен­него сгорания, рекуперативное торможение, движение в режиме гибридного привода или движение только на электроприводе.

Стратегия управления гибридным автомобилем

 

Стратегия управления определяет, каким обра­зом мощность привода распределяется между двигателем внутреннего сгорания и электро­приводом. Она также определяет степень ис­пользования потенциала снижения расхода топлива или токсичности отработавших газов. Стратегия управления также должна реализо­вывать различные функции гибридного при­вода, такие как регенерация электроэнергии, движение в режиме гибридного привода и движение только на электроприводе.

Выбор и переключение режимов осущест­вляется в зависимости от многочисленных условий, таких как, например, положение педали акселератора, степень зарядки тяго­вой аккумуляторной батареи и скорость дви­жения автомобиля. В зависимости от целей оптимизации (снижение расхода топлива или снижение токсичности отработавших газов) различные компоненты гибридного автомо­биля ведут себя по-разному.

Стратегия управления с целью снижения содержания NOx

 

Автомобили с двигателем, работающим на обедненной смеси, уже достигают относи­тельно низкого расхода топлива в диапазоне частичных нагрузок двигателя. Однако при работе двигателя в диапазоне частичных на­грузок потери на трение столь велики, что удельный расход топлива оказывается высо­ким. Кроме того, низкие температуры сгора­ния топлива и дефицит кислорода вызывают высокое содержание в отработавших газах оксида углерода и углеводородов.

В диапазоне низких нагрузок электропри­вод относительно небольшой мощности уже может заменить двигатель внутреннего сго­рания. Если требуемая электроэнергия может регенерироваться посредством рекупера­тивного торможения, эта простая стратегия Управления может дать большие преимущества в отношении снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов.

На рис. а «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов NOx« показаны рабочие диапазоны, в которых двигатель внутреннего сгорания в основном работает во время испытаний MEDC (новый европейский цикл движения). Дизельный двигатель легкового автомобиля работает как в диапазоне низких нагрузок (т.е. с низким КПД и высоким содержанием НС и СО в отработавших газах ), так и в диа­пазоне средних и высоких нагрузок (т.е. с высоким содержанием в отработавших газах оксидов азота NOx).

На рис. b «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов NOx» показан диапазон рабочих режимов для параллельного гибридного при­вода, который исключает работу двигателя внутреннего сгорания за счет движения только на электроприводе или увеличения нагрузки. Это с одной стороны снижает расход топлива, а с другой стороны снижает содержание в отработавших газах СО, НС и NOx, которое в этом диапазоне является высоким. Чтобы достиг­нуть еще большего снижения содержания NOx, можно снизить нагрузку в среднем диапазоне за счет совместной работы электропривода и двигателя внутреннего сгорания.

Стратегия управления с целью снижения со­держания СО2

 

На автомобиле с бензиновым двигателем, работающем на топливно-воздушной смеси, имеющей стехиометрический состав, может быть достигнуто чрезвычайно низкое содержание токсичных веществ в отработавших газах за счет использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. В от­ношении таких автомобилей основное вни­мание уделяется снижению расхода топлива и, следовательно, выбросов СO2.

На рис. «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO2« показаны возможности оптими­зации рабочего диапазона двигателя внутрен­него сгорания для различных конфигураций привода для сведения к минимуму выбросов СO2.

В ходе испытаний NEDC двигатели внутрен­него сгорания на обычных автомобилях работают в диапазоне низких нагрузок и, следовательно, с субоптимальным КПД (см. рис. а «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO2» ). На автомобилях с параллельным гибридным приводом работы двигателя вну­треннего сгорания в диапазоне низких нагру­зок можно избежать за счет движения только на электроприводе (см. рис. b «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO2» ). Поскольку требуемая электроэнергия, как правило, не может быть получена исключительно за счет рекуперации, электропривод работает в ка­честве генератора. По сравнению с обычным автомобилем это сдвигает рабочий диапазон двигателя внутреннего сгорания в область более высоких нагрузок и, следовательно, более высоких значений КПД.

 

 

В случае гибридного автомобиля с разде­лением мощности (см. рис. с «Сдвиг рабочего диапазона при выборе стратегии управления с целью снижения выбросов CO2» ) на рабочий диапазон двигателя внутреннего сгорания накладываются более строгие ограничения, чем на автомобиле с параллельным гибридным приводом. Как правило, управление двига­телем внутреннего сгорания осуществляется в зависимости от частоты вращения колен­чатого вала. Двигатель работает в диапазоне нагрузок, при которых вся кинематическая цепь привода находится в оптимальных энер­гетических условиях.

В следующей статье я расскажу о трансмиссии.

 

Рекомендую еще почитать:

press.ocenin.ru

Классификация гибридных систем | Двигатель автомобиля

Гибридный автомобиль (HV) — это автомобиль, как минимум, с двумя различными преобразователями энергии и двумя различными системами накопления энергии (в автомобиле) для привода автомобиля.

С одной стороны, гибриды различаются по их конструкции (параллельный, последовательный, комбинированный или разветвленный гибрид) и, с другой стороны, по степени электрификации (микро, мягкий, полный гибрид).

Если автомобиль получает энергию не только от топлива, а и от электросети, то тогда его называют подключаемый гибрид (Plug-ln-Hybrid).

Классификация по конструкции

Параллельный гибрид

Рисунок. Параллельный гибрид

  • Топливный бак (Т)
  • Аккумуляторная батарея (В)
  • Электродвигатель (Е)
  • ДВС (V)
  • Коробка передач (G)

В параллельных гибридах ДВС и электродвигатель вместе воздействуют на трансмиссию. Оба двигателя могут быть меньшими по размеру, чем в том случае, если бы они устанавливались в автомобиль и работали по отдельности. Поскольку электродвигатель одновременно используется как генератор, то выработка энергии по время движения электродвигателем невозможна.

Последовательный гибрид

Рисунок. Последовательный гибрид

  • Топливный бак (Т)
  • Аккумуляторная батарея (В)
  • Электродвигатель (Е)
  • ДВС (V)
  • Генератор (Gen)

В последовательных гибридах на трансмиссию воздействует только электродвигатель. ДВС приводит в действие электрический генератор, который вращает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею. Последовательный гибрид работает местами на чистом электричестве при заряженной аккумуляторной батарее и, таким образом, очень близок к электромобилю.

Поэтому он также называется электромобилем с увеличенным запасом хода (Range-Extender).

Комбинированный или разветвленный гибрид

Рисунок. Комбинированный или разветвленный гибрид

  • Топливный бак (Т)
  • Аккумуляторная батарея (В)
  • Электродвигатель (Е)
  • ДВС (V)
  • Генератор (Gen)
  • Инвертор (L)

Комбинированный гибрид объединяет под капотом параллельный и последовательный гибрид. ДВС посредством генератора и аккумуляторной батареи подготавливает энергию для электродвигателя или непосредственно соединен с приводом. Переключение и соединение между двумя состояниями выполняется автоматически.

Подключаемый гибрид

Рисунок. Подключаемый гибрид

  • Топливный бак (Т)
  • Аккумуляторная батарея (В)
  • Электродвигатель (Е)
  • ДВС (V)
  • Генератор (Gen)
  • Розетка (S)

В подключаемых гибридах аккумуляторная батарея заряжается не только от ДВС, а и от сети. Таким образом, подключаемый гибрид может проезжать длинные дистанции на чистом электричестве. Подключаемый гибрид представляет собой следующий этап развития электромобилей.

Классификация по степени электрификации

Микрогибрид

Несмотря на то, что так называемые микрогибриды с рекуперацией энергии торможения и автоматикой старт- стоп уже сегодня вносят значительный вклад в экономию топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу, воздействия на привод они не оказывают. Поэтому в узком смысле слова они не являются гибридными автомобилями.

Пример микрогибридной системы

Система i-StARS от фирмы Valeo может остановить двигатель еще до полной остановки автомобиля, то есть как только скорость упадет ниже 8 км/ч (в случае автоматической коробки передач) и 20 км/ч (в случае механической коробки передач). Таким образом, оптимизируется расход топлива и упрощается вождение автомобиля. Регенеративная функция тормоза срабатывает, как только водитель снимает ногу с педали акселератора. Затем система отправляет электронный сигнал на стартер генератор, вследствие чего кинетическая энергия автомобиля преобразуется сразу же в электрическую энергию, заряд аккумуляторной батареи. Этим достигается значительное сокращение расхода топлива.

Мягкий гибрид

Мягкий гибрид не работает на чистом электричестве. Электродвигатель только поддерживает ДВС.

Энергия для электродвигателя поступает, например, от использования энергии торможения.

В обычных автомобилях энергия движения — или кинетическая энергия — преобразуется при торможении в тепло на тормозных дисках. Тепло просто безвозвратно выбрасывается в окружающую среду. В гибридных автомобилях кинетическая энергия улавливается генератором и накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.

Пример для системы с мягким гибридным приводом: Honda IMA (встроенный ассист двигателя)

Стартер-генератор расположен между двигателем и коробкой вместо маховика.

Одним из преимуществ автомобилей с мягким гибридным приводом является тот факт, что ДВС, который реализует, по существу, свою мощность в зоне средних и высоких оборотов, комбинируется с преимуществами электродвигателя, который развивает свою силу на низких оборотах. Гибридная система, поэтому, может рассматриваться как усилитель мощности и эффективности.

В целом, можно сказать, что посредством «уменьшения» ДВС снижается расход бензина, а также выбросы в окружающую среду. Однако клиенты не готовы принять малую мощность. Автомобиль с гибридным приводом при помощи электродвигателя может компенсировать недостающую мощность, например, при разгоне или ускорении.

Рисунок. Характеристика мощности и крутящего момента Honda-IMA

Рисунок. Обзор системы Mercedes S400 HYBRID

  1. 12-В-генератор
  2. ДВС
  3. Электродвигатель
  4. 7-ступенчатая автоматическая коробка передач
  5. Модуль силовой электроники
  6. Модуль высоковольтной аккумуляторной батареи
  7. Модуль DC/DC-преобразователя
  8. 12-В-батарея

Другой пример мягких гибридов

Mercedes S 400 HYBRID имеет параллельный гибридный привод. При такой концепции привода как ДВС, так и электродвигатель механически соединены с ведущими колесами (параллельная схема двигателей). Мощности обоих двигателей могут суммироваться, в результате чего отдельные мощности двигателей могут быть меньшими. Движение на одном только электродвигателем невозможно.

Полный гибрид

Полный гибрид приводится в действие местами только электродвигателем. Технической основой полного гибрида является разветвленный, комбинированный или последовательный гибрид.

Рисунок. Audi А1 e-tron в качестве последовательного полного гибрида

Пример автомобиля с полным гибридным приводом

Audi А1 e-tron приводится в действие электродвигателем с максимальной мощностью 75 кВт/102 л.с. и максимальным крутящим моментом 240 Нм. Передача усилия происходит при помощи одноступенчатой коробки передач. Запас хода А1 при работе только на электричестве: 50 км. Если литийионный аккумулятор, установленный перед задним мостом, разряжен, то самая маленькая модель фирмы Audi приводится в действие, как и Opel Ampera или Chevrolet Volt, при помощи небольшого ДВС.

Литий-ионный аккумулятор расположен в основании кузова перед задним мостом, чтобы оптимизировать распределения веса и центр тяжести автомобиля А1 e-tron массой 1,2 т. Литий-ионный аккумулятор весом 150 кг имеет емкость 12 кВт/ч.

Рисунок. Коробка передач с двумя электродвигателями для привода

Другой пример

BMW Х6 ActiveHybrid

Мощные электромоторы (67 кВт/91 л.с. и 63 кВт/86 л.с.) компактно размещаются в активной, двух режимной трансмиссии, в корпусе размером с обычную автоматическую коробку передач.

В зависимости от дорожной ситуации привод осуществляется или посредством электродвигателей, или посредством ДВС, или попеременно обоими приводами.

  • В режиме 1 при малой скорости с использованием электромашин, прежде всего, обеспечивается значительное сокращение расхода топлива, а также создается дополнительная сила тяги.
  • В режиме 2, напротив, электрически передаваемая мощность на высокой скорости падает с одновременным увеличением КПД ДВС (благодаря коррекции точки нагрузки) и топливной эффективности.

И в этом режиме обе электромашины работают по разному и наряду с электрической поддержкой привода и функцией генератора, в частности, отвечают за эффективное переключение передач.

Рисунок. Расположение компонентов в автомобиле

  1. Теплообменник охлаждающей жидкости трансмиссионного масла
  2. Трубопроводы для трансмиссионного масла
  3. Двухдисковый маховик
  4. Высоковольтные провода
  5. Корпус активной коробки передач
  6. Гибридный механизм блокировки при парковке
  7. Электрогидравлический модуль управления
  8. Насос для трансмиссионного масла с электрическим/механическим приводом

Привод дополнительных агрегатов в автомобилях с полным гибридным приводом

Основной проблемой является привод дополнительных агрегатов, которые при остановке двигателя должны работать. Приводимые ранее в действие посредством ДВС компоненты теперь должны работать только на электричестве.

Электрический вакуумный насос

Функции вакуумного насоса:

  • обеспечение пониженного давления в усилителе тормозного усилия,
  • поддержание подачи пониженного давления в режиме старт/стоп.

Электрогидравлический усилитель рулевого управления

Для работы усилителя рулевого привода во время автоматической остановки двигателя необходимо разъединить усилитель и ДВС и обеспечить независимую поддержку рулевого управления. Благодаря такой поддержке по мере необходимости одновременно обеспечивается оптимизация расхода топлива.

Компрессор кондиционера с электроприводом

Для обеспечения достаточной мощности охлаждения салона автомобиля во время автоматической остановки двигателя необходимо разъединить привод компрессора кондиционера и ДВС и обеспечить независимое кондиционирование салона, а также независимое охлаждение высоковольтной батареи. Это выполняется при помощи компрессора кондиционера с электрическим приводом. Благодаря такому охлаждению одновременно обеспечивается оптимизация расхода топлива. Электрический компрессор кондиционера отвечает за всасывание, сжатие хладагента и прокачивания его через систему. Электрический компрессор кондиционера в зависимости от температуры испарения плавно регулируется блоком управления кондиционера в диапазоне от 800 до 9000 мин^-1.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Гибридный привод

Предпосылки к появлению гибридных приводов

Ресурсы планеты Земля  не бесконечны, и для дальнейшего существования человечества требуются большой запас энергонесущего сырья, в том числе, нефти, наиболее важного из всех видов.  Запасы ее постоянно уменьшаются, что приводит к росту цен  на нефтепродукты и топливо для автомобилей в частности.

Помимо этого двигатели внутреннего сгорания, применяемые на транспорте, в  процессе своей работы выделяют большое количество вредных веществ, загрязняющих атмосферу. В основном это окиси углерода и азота.  Все эти факторы привели к тому, что сегодня любые разработки по использованию альтернативных двигателей или гибридных установок необыкновенно актуальны.

Исходя из этого  сегодня, практически каждая компания выпускающая автомобили имеет в своей линейке модель с гибридной силовой установкой. К разработке экологически  чистых силовых установок  к тому же  обязывают и постоянно ужесточающиеся нормы ЕВРО, ECE, SULEV, TLEV и др. Сюда же стоит отнести и снижение расхода топлива,  что дает значительную экономию в стоимости эксплуатации гибридного транспорта.

 

Что такое гибридный привод

Под понятием «гибридный двигатель» подразумевается использование двух и более различных силовых установок. В основном это сочетание двигателя внутреннего сгорания и электромотора, позволяющее максимально использовать их преимущества, при этом компенсируя имеющиеся недостатки.

Так, главное достоинство двигателя внутреннего сгорания и его использование в большинстве транспортных средств заключено в запасе движения по топливу. Запас хода достигается благодаря большой концентрации энергии в применяемом топливе, в основном углеводородам. Обратной стороной медали является достаточно высокий уровень шума и большой выброс различных вредных веществ, а также способность эксплуатации только в одном интервале скоростей, что заставляет дополнительно применять такие устройства как сцепление и трансмиссию.

Помимо этого КПД  двигателя внутреннего сгорания сравнительно низок и составляет порядка 20-30% и значительно повышает вредные выбросы при отклонении от равномерного движения.

Тогда как электродвигатель имеет существенно выше КПД (порядка 80%), не подвержен вредным выбросам, практически не производит шума и с момента своего запуска способен создавать крутящий момент.

Однако у электрического двигателя, на сегодняшний момент, есть ряд ограничений по его применению, а именно ограниченное количество существующих аккумуляторов, касательно их веса, размеров и стоимости, пригодных к практическому применению для наземного транспорта.

 

Особенности гибридного привода

Гибридный привод призван решать вопросы, связанные с уменьшением или устранением недостатков  при применении одного вида двигателя/мотора, и позволяющий использовать их преимущества при их комбинированном применении.

Так, например,  в одной из первых таких установок, названной «последовательно гибридной» комбинацией, двигатель служит только лишь как привод генератора, для зарядки питающий батарей электрического мотора. В этом случае тяговое усилие создает только электромотор.

Подобное решение гибридного привода в значительной степени снижает расход топлива, так как двигатель внутреннего сгорания расходует среднюю мощность, что дает ему возможность работать в равномерном оптимальном режиме. В такой «параллельно гибридной» конфигурации и электромотор и двигатель внутреннего сгорания имеют связь с ведущими колесами с помощью соответствующих механизмов трансмиссии.

В современных автомобилях с гибридным приводом применяют более одного электромотора, вплоть до установки электромоторов на каждое колесо автомобиля. Это становится возможным благодаря последним разработкам инженеров добившихся значительного увеличения пробега автомобиля без подзарядки. К тому же большинство автомобилей имеют возможность подзарядки батарей от обычной бытовой сети.

Помимо последовательного гибридного привода применяется и параллельный привод позволяющий суммировать мощности всех двигателей, значительно повышая при этом общую мощность силовой установки гибридного автомобиля. Повышение мощности  в свою очередь дает возможность увеличить динамику автомобиля и облегчает его разгон.

Для внедрения в гибридный привод электромотора были разработаны три типа различных электродвигателей, отличающихся как по функциональным возможностям, так и по своей структуре.

Типы электродвигателей, применяемых для создания гибридного привода: синхронный двигатель, синхронный двигатель, двигатель постоянного тока.

Лучшим среди этих электродвигателей признан на сегодня 3-фазный синхронный двигатель на постоянных магнитах.

 

Управление гибридным приводом

Разработанные системы гибридного привода нуждаются в специальных схемах управления, для обеспечения оптимальной и безаварийной работы всех его  элементов. Выполнение этой задачи возложено на микропроцессорные схемы с отдельно заданными алгоритмами действия.

За слаженностью работы привода следит множество датчиков, передающих свою информацию на центральный орган управления. Так как в подобном приводе приходится решать одновременно несколько задач и принимать множество мгновенных решений, то такая задача подвластна лишь бортовому компьютеру. Например, компьютер принимает одновременно такие сигналы с датчиков привода: информацию о состоянии двигателя внутреннего сгорания и электромотора; оторможении или ускорении движения; о температуре в различных точках привода; о степени зарядки аккумуляторов или конденсаторов мгновенного действия.

Управляющий компьютер в системе гибридного привода управляет главными контурами электромотора и прежде всего преобразователем частоты  (или частотно-регулируемый электропривод). Другими словами путем изменения частоты и величины напряжения производится регулирование скорости вращения электромотора.  При таком регулируемом преобразовании КПД  составляет порядка 98%, благодаря потреблению лишь активной составляющей тока нагрузки.

blamper.ru

Сколько существует видов гибридных автомобилей?

Чем отличаются разные виды гибридных автомобилей?

В последнее время появилось огромное множество видов гибридных автомобилей. Они различаются разными формами и размерами. Несмотря на единую структуру, гибридные автомобили могут в корне отличаться от других типов гибридных автомобилей. Поэтому, если вы видите перед собой две машины с одинаковыми шильдиками «Hybrid» на задней части машины, знайте, что с большой долей вероятности вы смотрите на абсолютно разные автомобили.

 

Цель данной статьи- простая, конкретизировать какие бывают гибридные автомобили, технологии, какие кардинальные различия существуют между ними и почему порой нельзя сравнивать такие автомобили между собой. Также как нельзя сопоставлять непритязательный Chevrolet Volt и впечатляющую Ferrari LaFerrari, не взирая на то, что перед нами вроде бы технологически одинаковые машины.

 

По традиции, прежде чем начать перечислять различные виды технологий, применяемых на этих автомобилях, начнем свой рассказ с краткой истории их развития. Вы наверняка удивитесь, когда узнаете, что первый в мире гибридный автомобиль был создан в 1900 году и свою гениальную руку к нему приложил никто иной как Фердинанд Порше.

 

Честь стать первым в мире гибридным автомобилем выпала Lohner-Porsche Mixte Hybrid. Детище Lohner-Werke и Фердинанда Порше было впервые показано на Всемирной автовыставке в Париже в самом начале XX века году. Поэтому можно со всей серьезностью утверждать, идея гибрида не нова, ей более ста лет.

 

Это интересно: Электрические автомобили были популярными 100 лет назад. История повторяется

 

Lohner-Porsche был бензиново электрическим автомобилем, использовавшим двигатель внутреннего сгорания в качестве генератора и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи питавшие электродвигатели, установленные непосредственно на ступицах автомобиля. Это была первая гибридная версия автомобиля произведшая мировой фурор!

 

Прошло 60 лет и еще один легковой автомобиль внес свой весомый вклад в будущее развитие гибридных автомобилей, AMC Amitron. Он стал первым американским автомобилем, который начал использовать систему рекуперативного торможения, жизненно важную технологию в области гибридных транспортных средств, начиная от микрогибридов и заканчивая полноценными гибридными машинами.

 

Но основное развитие современной гибридной истории автомобилей начинается в 1990-е годы, в эпоху, что дала человечеству овечку Долли, поп-музыку и падение железного занавеса.

 

И так, рассмотрев основы, давайте узнаем, сколько всего существует типов гибридных транспортных средств. Здесь сделаем небольшую ремарку, на самом деле неизвестно точного количества гибридных систем, поскольку каждый автопроизводитель создает собственные, отличающиеся от других схемы гибридов. Но если подразделить основные типы, мы насчитаем пять шесть категорий гибридов, а именно:

 


Параллельный гибрид

Параллельная гибридная система оказалась в центре внимания благодаря разработкам Хонда, с приходом первого поколения Insight. Эта японская модель во времена дебюта была сродни НЛО по внешнему виду, ее дизайн излучал новаторство и даже флюиды авантюризма. В автомобиле было всего два места, а расход топлива суперавтомобиля составлял невероятные 3.9 л/100 км, что на деле показывало- автомобиль был, не только красив собой, но и необычен внутренне.

 

Что было необычным в этой машине? Внутренностями экологичного зверя Honda Integrated Motor Assist стали параллельные гибридные системы. В первом поколении Honda Insight, дополнительная система еще не могла вырабатывать достаточное количество электроэнергии для автомобиля в одиночку. Расчёт был несколько в другом, добавить полезного помощника стандартному ДВС мотору.

 

На пальцах схема строения силовой установки автомобиля такова, что электрический двигатель напрямую соединен с трансмиссией (к примеру, расположен на коленчатом валу), с помощью чего обеспечивается дополнительная мощность при разгоне и подзарядка аккумулятора при торможении.

 

Первое поколение Insight не было способно использовать только электрическую энергию, также, как Honda CR-Z не смогла этого сделать в 2010 году. В связи с этим, первопроходца невозможно назвать «полноценным гибридом», к примеру, как i8 BMW.

 

Тем не менее идея прижилась, появились другие варианты параллельных гибридных транспортных средств, включающих в себя гибридные Honda Accord и Volvo XC90 T8 Twin Engine. Эти вариации живы до сих пор, и вполне неплохо себя чувствуют и процветают. Volvo, например, использует электродвигатель для привода задних колес, что позволяет разгрузить ДВС при работе полного привода, качественно повышая мощность.

 

Что касается преимуществ параллельных гибридных транспортных средств, у них наблюдаются меньшие потери при передаче энергии на пути от двигателя к колесам, что очень важно при уменьшении расхода топлива.

 

Суть параллельных гибридов в том, что они больше полагаются на двигатель внутреннего сгорания, чем на электромоторы.

 


Последовательно-параллельная схема гибридного автомобиля

Если в гибридной схеме для вас самое важное экономия топлива, то последовательно- параллельная гибридная система то, что доктор прописал. Отличается гибкими возможностями использования, поскольку в этой установке на равных используются два источника привода: электродвигатель и стандартный двигатель внутреннего сгорания.

 

Разница между данной системой и параллельным гибридом является то, что последовательно-параллельная гибридная схема использует планетарные передачи, тем самым разделяя мощность между двигателем внутреннего сгорания и электромотором. В зависимости от автомобиля, разделение мощности может происходить в пропорции 100 процентов для ДВС и 100 процентов для электродвигателя. Гибкость работы также возможна благодаря любым мыслимым процентным соотношениям между ними. Наибольшее применение последовательно-параллельной гибридной системы Toyota Hybrid Synergy Drive (Гибридного синергетического привода), было отмечено на небезызвестном Toyota Prius.

 

Как следует из названия, последовательно-параллельная гибридная установка объединяет преимущества и недостатки параллельных и последовательных гибридов. Тем не менее, она значительно более эффективна, чем параллельная или последовательная гибридная схемы. Кроме чрезвычайно популярной Toyota Prius, последовательно-параллельные схемы используются в Hybrid Ford Fusion и моделях Lexus CT 200h, LS Hybrid, RX Hybrid, а также кроссовере NX Hybrid.

 


Классическая гибридная схема, последовательная

Помните первый гибридный автомобиль, Lohner-Porsche, о котором мы упоминали в начале повествования? Покажется невероятным, но именно Lohner-Porsche стал далеким предком- прародителем BMW i3 REx, Chevrolet Volt и даже гоночного гиперкара Fisker Karma.

 

Для простоты понимания объясним, последовательная гибридная схема представляет собой электрокар расширенного диапазона. Википедия относит к гибридам этой категории автомобили EREV (электрические транспортные средства расширенного диапазона), REEV (электромобили с увеличенным запасом хода) и BEV (автомобили на электроаккумуляторах). Вне зависимости от того, к какому типу относится автомобиль, большим преимуществом последовательного гибрида- является его простота, так как машина передвигается за счет электромотора/ов, а не при помощи ДВС.

 

У двигателя внутреннего сгорания одна роль, она заключается в производстве электроэнергии, по сути, мотор- это генератор. Знаете об этом или нет, но большинство дизельных локомотивов во всех странах- это и есть последовательные гибриды, в которых огромных размеров дизельные двигатели приводят в движение генераторы постоянного или переменного тока.

 

Основной минус последовательных схем состоит в том, что они более дорогие в производстве, чем параллельные гибриды или даже полностью электрические транспортные средства. Например, разница в стоимости между i3 EV BMW и i3 BMW составляет $3.850.

 


Плагин гибридная вариация

Имя говорит само за себя, Plug-in hybrid, автомобиль способный подзаряжаться от электросети. Для него превалирующим становится использование розетки, а не подзарядка от бензинового или дизельного мотора.

 

Автомобили PHEV достаточно разнообразны, начиная от Toyota Prius Prime до Ford Fusion Energi и заканчивая минивэном Chrysler Pacifica Plug-In Hybrid.

 

Этот вид «гибридизации» автомобиля подразумевает наличие больших батарей, чем в обычных гибридах. Наглядный пример: в гибридный Hyundai Ioniq устанавливаются 1.56 кВт⋅ч литий-ионные полимерные аккумуляторы. Плагин-гибридный вариант Hyundai Ioniq, с другой стороны, поставляется с 8,9 кВт⋅ч литий-ионным пакетом полимерных батарей.

 

Отсюда можно сделать нижеследующий вывод, главным недостатком вариации PHEV по сравнению с гибридами других систем- дополнительный вес большой батареи. Тем не менее, самый простой способ обойти  наибольшой недостаток гибрида, ездить в электрическом режиме на короткие расстояния. Поступив таким образом, одному из владельцев Volt удалось проехать 1.000 миль (1.600 км) затратив всего 22 литра топлива, так как он главным образом ездил на своем гибридном авто на расстояние в 16 км на и с работы. Если правильно применить смекалку, выгоду можно извлечь везде.

 


Mild Hybrid «Мягкий» гибрид

Mild Hybrid или «Мягкий» тип гибридов также ставится на гибридные автомобили. Вы будете крайне удивлены и даже шокированы, но такие совершенно не экологичные автомобили как Ferrari LaFerrari и Chevrolet Silverado (версия Hybrid eAssist) имеют одну общую черту с небольшим городским хэтчбеком Suzuki Baleno SHV, все эти автомобили применяют для привода схему «Mild Hybrid». В общем и целом, «мягкий» гибрид похож по техническим характеристикам на параллельный гибрид, но функции его ограничены.

 

Другими словами, мягкий гибрид использует электродвигатель, чтобы обеспечить небольшой процент помощи двигателю. Существенным отличием этого вида гибридов становится то, что они не способны предоставить автомобилю полностью электрический ход.

 

И это, дорогой читатель, главная причина по которой эта установка называется «мягким» гибридом, то есть не полноценным. Так называемая система Kinetic Energy Recovery (или KERS), она же система рекуперации кинетической энергии, применяемая в Формуле-1, также работает с этим типом гибридных автомобилей.

 

Согласно схемы, в гиперкаре LaFerrari, с атмосферным двигателем V12, помимо супермощного бензинового мотора, динамику поддерживает небольшой электрический двигатель. То же самое происходит в Silverado и Suzuki Baleno.

 


Микрогибридная установка

И наконец, микрогибридная установка, изобретенная где-то в глубине отдела маркетинга автомобильных компаний. Кто-то признает в этой системе отдельную ветвь. Кто-то говорит, что ее не существует. Тем не менее шестая версия гибрида продолжает развиваться и становится все лучше из года в год.

 

Микрогибридные системы Mazda i-Eloop входят в набор систем Mazda6, Ford Auto Start-Stop (устанавливается в 2017 Ford F-150 с 3,5-литровым EcoBoost V6) и Kia Idle Stop&Go. В более широком смысле, микрогибридный автомобиль, та машина, которая использует какую-либо старт-стоп систему.

 

Другой аспект, который отделяет микрогибриды от истинных гибридов является то, что эти транспортные средства используют только ископаемое топливо для двигателей, никакой электроэнергии для передвижения.

 

Всего существует три типа микро-гибридов.

 

Тип 1 относится к транспортным средствам, оснащенным системой старт-стоп.

Во второй тип помимо системы старт-стоп входит функция рекуперативного торможения.

Что же касается 3 типа, то у микрогибрида должна присутствовать система старт-стоп, система рекуперативного торможения, свинцово-кислотные аккумуляторы, сделанные по технологии AGM и блок стартер/генератора. Последний заменяет генератор и стартер, а AGM батарея в свою очередь поддерживает высокий электрический ток.

www.1gai.ru

Гибридный привод автомобиля. Вопросы по гибридам


Гибридный привод автомобиля. Вопросы по гибридам

Преимущества гибрида — меньшее потребление топлива и снижении вредных выбросов. В данной статье поговорим про гибридные автомобили и рассмотрим основные приводы, а также ответим на вопросы про гибридный привод и гибридные машины.

Разновидности гибридных автомобилей

Умеренные гибридные автомобили — могут тронуться с места, только с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и используют электродвигатель прежде всего, чтобы помочь ему, когда требуется дополнительная мощность. И полные и умеренные гибриды используют ДВС при достижение более высоких скоростей (приблизительно 30 — 40 км/ч или больше)

Умеренные гибридные системы могут быть разделены на подкатегории:

  • Гибридная система остановки/старта двигателя, отключает двигатель, когда его мощность не требуется для всей гибридной установки и немедленно повторно запускает при первой необходимости.
  • Интегрированный генератор переменного тока стартера с демпфированием — система позволяющая электрическим двигателям помогать приводить в движение транспортное средство в дополнение к системе остановки/Старта.
  • Интегрированная помощь двигателю — система подобная предыдущей, но имеет больший электрический двигатель, и, таким образом больше электричества может использоваться, чтобы помочь приводить в движение транспортное средство.

В параллельном гибриде, топливный бак снабжает ДВС бензином, тогда, как ряд батарей поставляет энергию электрическому двигателю. И электрический двигатель и ДВС могут обеспечить мощность необходимую для движения. В отличие от этого, в последовательном гибриде, ДВС поворачивает генератор, а генератор может или зарядить батареи или привести электрический двигатель в действие, который передаст крутящий момент в трансмиссию. Таким образом, ДВС никогда не приводит транспортное средство в движение.

На сегодняшний день все гибриды — параллельные, хотя некоторые могут утверждать, что Toyota Prius имеет особенности как параллельного, так и последовательного гибрида.

Гибрид с подзарядкой — такой гибрид надо включать в розетку для подзарядки. В результате обладатель подобного гибрида получает все преимущества электрического автомобиля, без самого большого недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается маломощный ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.

Вопросы по гибридным автомобилям

Когда гибридный автомобиль наиболее эффективен?

  • Гибридная система значительно повышает эффективность расхода топлива и снижает уровень токсичности выхлопных газов, особенно при езде в городских условиях. В этих случаях система регенеративного торможения помогает сохранить энергию.

Можно ли утилизировать батареи гибридного автомобиля?

  • Да, существуют средства утилизации компонентов батареи гибридных автомобилей.

Гибридный автомобиль – это высокотехнологичное изделие. Надежен ли он?

  • Гибридная силовая установка соответствует современным стандартам качества и надежности. Для достижения этой цели проводятся широкомасштабные испытания в экстремальных условиях. Кроме того, в гибридных авто намного меньше составных частей, чем в обычных машинах.

Ведет ли себя гибридный автомобиль по-другому при езде?

  • Нет. Управление гибридом очень напоминает управление машиной с обычной автоматической трансмиссией. За исключением того, что гибрид обладает большей мощностью, лучшей управляемостью и более плавным разгоном, производя при этом намного меньше шума.

На какой срок службы рассчитан гибридный автомобиль?

  • Гибридный привод рассчитан на такой же срок службы, как и любой другой автомобиль, что представляет собой, достаточно долгое время.

Требует ли батарея подзарядки?

  • Никогда. Гибридный привод производит автоматическую подзарядку батареи, используя при этом регенеративное торможение или при помощи электрогенератора. Водителю никогда не стоит беспокоиться о подзарядке батареи.

Требуется ли специальное топливо?

  • Нет. Гибридный автомобиль заправляется обычным бензином.

Насколько безопасен гибридный автомобиль?

  • Гибридные автомобили оснащаются теми же системами безопасности, что и обычные машины. Кроме того, батарея будет иметь герметичный корпус, а высоковольтная система проводки будет защищена от поражения электротоком или случайного прикосновения.

Какой срок службы батареи у гибридного автомобиля?

  • Высоковольтную батарею, используемую на автомобилях с гибридной силовой установкой, нельзя сравнивать с аккумуляторами обычных автомобилей. В ней применяются самые передовые технологии, и она рассчитана на весь срок службы автомобиля.

real-avto.com

Гибридный двигатель – схема, принцип работы, характеристика + видео » АвтоНоватор

Почему мы хотим разобрать вместе с вами вопрос, как работает гибридный двигатель? Все дело в том, что в большинстве сфер нашей жизни сегодня наблюдается взаимодействие различных технологий, которые в результате дают более эффективные методы, приборы и механизмы. Не остались в стороне и моторы для нашего любимого транспортного средства. О принципах работы, плюсах и минусах таких агрегатов мы и поговорим на этой странице.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Если уж мы начали о смешении технологий, то следует пояснить, как это касается и затронутой нами темы. Гибридный мотор также сочетает в себе два вида: топливный (бензин/дизель) и электрический. Этот коктейль, конечно, несовершенен, но привнес в жизнь автомобилистов много положительного. Но об этом чуть ниже, а для начала следует разобрать принцип работы гибридного двигателя.

Топливная часть такого мотора может работать совместно с электрической, но возможно и осуществление совершенно независимых циклов. Конечно, машины с гибридным двигателем снабжаются компьютерами, которые и распределяют правильно нагрузку на обе части. Так, за городом, где важна мощность силового агрегата, в дело вступает бензиновая или дизельная технология, к тому же, на трассе не так губительны для человека выхлопные газы.

А вот в городе преимущественно работает электрическая составляющая, потому что такой вариант чище и экономичнее. Автомобили с гибридным двигателем умеют сами себя обслуживать, касается это электрической части мотора. Электрический компонент не бездельничает, пока работает топливный, он аккумулирует вырабатываемую энергию, чтобы потом снова пустить ее в дело.

Не исключены ситуации, когда оба элемента двигателя работают одновременно, например, при разгоне, когда от автомобиля требуются большие силовые затраты.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Что значит гибридный двигатель, мы вкратце разобрали. Теперь хотелось бы углубиться немного и рассмотреть его схему. Следует учесть, что их существует целых три. Поэтому начнем с самой простой, которая для нас представляет наименьший интерес – это последовательный гибрид. Электромотор является главным участником в запуске и движении колес транспорта, а вот двигатель внутреннего сгорания (ДВС) всего лишь находится у него на поддержке, раскручивает генератор.

Для сегодняшнего авто такое устройство гибридного двигателя не будет лучшим вариантом, ведь требуются емкие аккумуляторы, малолитражные ДВС, а сама машина будет медленная и неповоротливая. Хотя все же есть некоторые представители среди легкового автопарка, например, Chevrolet Volt. Но из-за главенствующего электро-компонента ему присущи все минусы электромобилей, взять хотя бы зависимость километража на одном заряде батареи, но это постепенно решают применением турбо-ДВС.

Следующие схемы называют параллельной и смешанной. Смешанная схема чаще всего встречается в Lexus и представляет собой плотное взаимодействие электромотора и ДВС. Они работают вместе, приводя авто в движение, принцип работы построен так, что даже трансмиссия является бесступенчатой, далекой от привычной нам. Такие варианты очень современные, но и очень дорогие.

А вот привычная нам схема называется параллельной и встречается довольно часто. Электромотор тут является хоть и не ведущим, но незаменимым помощником, страхуя ДВС в случаях потребности в дополнительной мощности. Батареи не являются большими и емкими, отчего их легко зарядить прямо во время движения, и они всегда готовы отозваться по первому требованию.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Информация была бы неполной без указания положительных и отрицательных сторон гибридных моторов. Конечно, плюсов будет больше, но и минусы имеются, как во всем новом и малоизученном со стороны потребителя. Например, почему-то чаще всего встречается гибридный бензиновый двигатель, хотя давно всем известна экономичность и большая мощность «дизелей». Но никакого секрета тут нет, потому что, во-первых, технологию разрабатывали за океаном, т.е. в Америке, а там с соляркой пока что знакомы слабо. Во-вторых, гибридный дизельный двигатель стоил бы еще дороже, хотя цена на такие технологии уже далеко выше средней.

Небольшой скепсис вызывают гибриды из-за электромотора, т.е. его батареи. Это достаточно капризный элемент, требующий постоянной эксплуатации, иначе срок службы гибридного двигателя значительно снизится именно из-за нее. Она плохо переносит перепады температур, может саморазряжаться, в дальнейшем возникают неясности с ее утилизацией. Так же тень на репутацию смешанных моторов накладывает не только их дороговизна, но и большая стоимость комплектующих и ремонта, если он понадобится. Причем самостоятельно его провести невозможно.

Ну, а теперь можно рассказать и о приятном. Про экологичность и экономичность можно говорить смело, это действительно так, хотя бы исходя из двойственной природы агрегата. Наличие батареи позволяет дольше ездить без заправки, сохраняя все технические показатели в актуальном состоянии. Эту батарею не нужно заряжать, заправка авто осуществляется только топливом. Двигатель, благодаря компьютеру, работает всегда в оптимальном режиме, как бы вы ни пытались его «насиловать». Иногда такие машины могут двигаться вовсе без топлива, причем отличаются они еще и тихоходностью, мотор работает чуть слышно.

carnovato.ru

Руль, Мотор и Тормоза. Гибридный привод автомобиля

Преимущества гибрида — меньшее потребление топлива и снижении вредных выбросов. Поговорим про гибридные автомобили и рассмотрим основные приводы.

Разновидности гибридных автомобилей

Умеренные гибридные автомобили — могут тронуться с места, только с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и используют электродвигатель прежде всего, чтобы помочь ему, когда требуется дополнительная мощность.

И полные и умеренные гибриды используют ДВС при достижение более высоких скоростей (приблизительно 30 — 40 км/ч или больше)

Умеренные гибридные системы могут быть разделены на подкатегории:

  • Гибридная система остановки/старта двигателя, отключает двигатель, когда его мощность не требуется для всей гибридной установки и немедленно повторно запускает при первой необходимости.
  • Интегрированный генератор переменного тока стартера с демпфированием — система позволяющая электрическим двигателям помогать приводить в движение транспортное средство в дополнение к системе остановки/Старта.
  • Интегрированная помощь двигателю — система подобная предыдущей, но имеет больший электрический двигатель, и, таким образом больше электричества может использоваться, чтобы помочь приводить в движение транспортное средство.

В параллельном гибриде, топливный бак снабжает ДВС бензином, тогда, как ряд батарей поставляет энергию электрическому двигателю. И электрический двигатель и ДВС могут обеспечить мощность необходимую для движения. В отличие от этого, в последовательном гибриде, ДВС поворачивает генератор, а генератор может или зарядить батареи или привести электрический двигатель в действие, который передаст крутящий момент в трансмиссию. Таким образом, ДВС никогда не приводит транспортное средство в движение.

 

На сегодняшний день все гибриды — параллельные, хотя некоторые могут утверждать, что Toyota Prius имеет особенности как параллельного, так и последовательного гибрида.

Гибрид с подзарядкой— такой гибрид надо включать в розетку для подзарядки. В результате обладатель подобного гибрида получает все преимущества электрического автомобиля, без самого большого недостатка: ограниченного пробега на одном заряде. Когда электрический заряд заканчивается, подключается маломощный ДВС и автомобиль превращается в обычный гибрид.

Вопросы по гибридным автомобилям

Когда гибридный автомобиль наиболее эффективен?

  • Гибридная система значительно повышает эффективность расхода топлива и снижает уровень токсичности выхлопных газов, особенно при езде в городских условиях. В этих случаях система регенеративного торможения помогает сохранить энергию.

Можно ли утилизировать батареи гибридного автомобиля?

  • Да, существуют средства утилизации компонентов батареи гибридных автомобилей.

Гибридный автомобиль – высокотехнологичное изделие. Надежен ли он?

  • Гибридная силовая установка соответствует современным стандартам качества и надежности. Для достижения этой цели проводятся широкомасштабные испытания в экстремальных условиях. Кроме того, в гибридных авто намного меньше составных частей, чем в обычных машинах.

Ведет ли себя гибридный автомобиль по-другому при езде?

  • Нет. Управление гибридом очень напоминает управление машиной с обычной автоматической трансмиссией. За исключением того, что гибрид обладает большей мощностью, лучшей управляемостью и более плавным разгоном, производя при этом намного меньше шума.

На какой срок службы рассчитан гибридный автомобиль?

  • Гибридный привод рассчитан на такой же срок службы, как и любой другой автомобиль, что представляет собой, достаточно долгое время.

Требует ли батарея подзарядки?

  • Никогда. Гибридный привод производит автоматическую подзарядку батареи, используя при этом регенеративное торможение или при помощи электрогенератора. Водителю никогда не стоит беспокоиться о подзарядке батареи.

Требуется ли специальное топливо?

  • Нет. Гибридный автомобиль заправляется обычным бензином.

Насколько безопасен гибридный автомобиль?

  • Гибридные автомобили оснащаются теми же системами безопасности, что и обычные машины. Кроме того, батарея будет иметь герметичный корпус, а высоковольтная система проводки будет защищена от поражения электротоком или случайного прикосновения.

Какой срок службы батареи у гибридного автомобиля?

  • Высоковольтную батарею, используемую на автомобилях с гибридной силовой установкой, нельзя сравнивать с аккумуляторами обычных автомобилей. В ней применяются самые передовые технологии, и она рассчитана на весь срок службы автомобиля.

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

comfycozyhome.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о