Гибридный двигатель своими силами

Мы уже разобрались с историей появления гибридных автомобилей, рассмотрели первые массовые модели и вплотную подошли к изучению современных предложений, однако так и не дали точного определения гибрида. Само слово «гибрид» было введено задолго до появления соответствующих транспортных средств. Определение происходит от латинского «hibrida», что означает «помесь». Этот перевод как нельзя точно передает суть гибрида. Раньше (впрочем, как и сегодня) так называли животных и растения, которые произошли от скрещивания разных пород и видов. При переходе к автомобильной тематике сущность почти не меняется. Гибрид – транспортное средство, которое имеет силовую установку смешанного типа. Зачастую под гибридным двигателем подразумевается интеграция ДВС и электромотора, однако это можно считать лишь частным случаем. Чем Honda FCX Clarity не гибрид? В этом автомобиле нет двигателя внутреннего сгорания, зато в наличии водородный и электрический двигатели. Таким образом, под гибридом можно подразумевать любое транспортное средство, в котором производить энергию могут как минимум два раздельных устройства, причем энергия эта может быть использована для приведения транспортного средства в движение. Поправка в конце обязательна, иначе гибридом становится любой современный автомобиль, ведь в каждом есть электрический генератор.

Теперь о классификации. Первая напрашивается сама — по типу силовой установки. Мы уже определили, что работать в паре с электромотором может не только ДВС. Когда-то это были паровые двигатели, сегодня можно встретить водородные. Даже велосипед с электромотором – гибрид, роль запасного источника энергии выполняет мускульная сила человека.

Второй принципиальный признак, позволяющий разделить гибридные транспортные средства по категориям, это тип взаимодействия двигателей. Сегодня различают последовательное, параллельное и последовательно-параллельное (смешанное) подключение. Аналогия с электротехникой и соединением проводников. Этот параметр является одним из важнейших в устройстве гибрида, от него зависят возможности и сам принцип функционирования, поэтому рассмотрим его достаточно подробно.

Принцип работы гибридного мотора

Для начала постараемся рассказать, что представляет собой такой двигатель. Прежде всего, это смесь электрического мотора с бензиновым или дизельным. Такой автомобиль может применять разные тяговые агрегаты для улучшения экономичности и повышения эффективности мотора. Пока что, такой двигатель еще не достиг своей финальной точки развития, но, тем не менее, уже порадовал большое количество автовладельцев.

Данный мотор может работать как совместно с электрическим приводом, так и отдельно от него. В процессе работы в дело вступает специальный компьютер, который позволяет правильно распределить нагрузку и вывести наиболее экономичный режим работы. Например, для движения по трассе двигатель будет потреблять такое топливо, как бензин, а в городской среде, где нет поездок на дальние расстояния, в дело вступит электропривод. Кроме того, такие двигатели могут прекрасно дополнять друг друга в различных условиях. При передвижении на бензиновой составляющей, в дело вступает специальный генератор, который подзаряжает аккумуляторную батарею и позволяет вам двигаться в дальнейшем на электрическом моторе. Это даст вам возможность сэкономить средства на электроэнергию, необходимую для электродвигателя.

При разгоне автомобиля, водитель требует от мотора максимальной отдачи, поэтому компьютер, считывая показания педали газа, подключает в дело сразу два силовых агрегата. В этом случае, гибридный двигатель работает наиболее эффективно.

Гибридные автомобили в России

В наших широтах официальные продажи гибридов невелики, причем часть ранее представленных вариантов выкосило кризисом — например, Nissan Murano, Mitsubishi Outlander и даже Toyota Prius. В строю пока остаются кроссоверы Lexus NX и RX, Porsche Cayenne и Panamera, несколько моделей Mercedes-Benz, «подключаемый» Volvo XC90 и россыпь Audi — но там речь идет о «мягком» гибриде.

Впрочем, есть и пополнения: внезапно на российский рынок вышел «мягкий» Geely Atlas Pro, а плюс к тому недавно началось серийное производство отечественного седана Aurus Senat, который по конструкции является самым настоящим параллельным гибридом.

Прицеп для мотоблока: сделать своими руками, купить бу, новый, что выбрать

Последовательная схема заметно отличается от конкурентов. При ее реализации машина движется именно за счет электромотора. Здесь ДВС соединяется исключительно с генератором. Последний, за счет ДВС, обеспечивает питание электромотора, своевременно заряжает батареи. При такой схеме по завершению поездки можно подключиться к электросети, то есть воспользоваться бытовой розеткой для зарядки, либо посетить станцию для электрокаров, чтобы восполнить запас батареи. Авто с такой технологией обычно называют Plug In, то есть подключаемый гибрид.

При использовании такой схемы требуется задействовать АКБ с повышенной емкостью. Это позволяет снизить интенсивность использования ДВС и положительно повлиять на экологию.

К числу популярных авто с такой системой относят Шевроле Вольт и Опель Ампера. Они на скорости до 60 км могут ехать только на электротяге от АКБ, и до 500 км проезжать на одном заряде от генератора.

Параллельная схема

Здесь принцип действия несколько иной.

Главной особенностью параллельной схемы является возможность ДВС и электромотора работать отдельно или вместе.

Чтобы это реализовать, используются автоматически управляемые муфты. С их помощью в единую систему объединяют двигатель, электромотор и коробку передач.

Параллельные гибриды называют обычно Mild Hybrid. Здесь применяются электромоторы небольшой мощности. Речь идет примерно о 20 кВт. Электродвигатель зачастую обеспечивает дополнительную мощность, когда автомобиль идет на разгон. Чаще всего электроузел располагается в промежутке между обычным двигателем и коробкой передач. Дополнительно выступает как стартер и генератор на машине. К числу популярных авто с такой схемой можно отнести БМВ 7 модели, Фольксваген Туарег, Хонду Инсайд, Хонду Сивик и Хендай Элантру. Соответственно в комплектациях с гибридным мотором.

Основателем этой схемы считается японская компания Хонда.

Их технология IMA обеспечивает несколько режимов работы:

• работа от электромотора;
• совместная работа мотора и электродвигателя;
• работа от ДВС с параллельной зарядкой АКБ от электродвигателя (режим генератора);
• зарядка АКБ при активации режима рекуперативного торможения.

Довольно интересная и распространенная схема, реализованная на большом количестве современных гибридов.

Смешанная схема

В завершении у нас на рассмотрении смешанная или последовательно-параллельная гибридная схема.

В этом случае соединение электромотора и ДВС происходит с помощью специального планетарного редуктора.

Мощность от каждой установки может подаваться к ведущим колесам в различном соотношении, от 0 до 100% от имеющейся номинальной мощности. Здесь, если сравнивать с параллельной альтернативной схемой, добавляется еще и генератор авто, который питает энергией и позволяет работать электродвигателю.

Такие авто носят название Full Hybrid. К числу наиболее популярных машин можно отнести Тойоту Приус, Форд Эскейп и Лексус RX450h. Господствующая технология в этом сегменте принадлежит компании Тойота.

Возможно несколько режимов работы:

• ДВС отключается, АКБ питает электромотор, только электротяга;
• совместная работа ДВС и электромотора, мощность суммируется, реализуется на постоянной высокой скорости;
• режим форсирования, необходимый для быстрого и резкого ускорения (к ДВС подключается электротяга);
• режим экономии, когда АКБ питает генератор, последний преобразует электроэнергию в механическую, замедляет соответственно вращение ДВС, падает расход топлива;
• торможение (электромотор работает в специальном режиме генератора);
• режим подзарядки АКБ, когда заряд восполняется генератором и ДВС.

Да, все далеко не так просто. Но если вникнуть, все станет более понятно. Дополнительно советую посмотреть видео на эту тему.

Описание работы

Принцип работы гибридного двигателя, а точнее схем работы гибридов существует несколько. Самой простой схемой работы является последовательная. При этом головным мотором в гибридной паре является электромотор, который используется для запуска и движения автомобиля, а вот топливный мотор предназначен для придания вращающего момента генератору.

Использование такой схемы требует применение достаточно громоздких аккумуляторов, да и скорость такого автомобиля будет не велика. К тому же наличие доминирующего электродвигателя, существенно уменьшает километраж на одном лишь заряде аккумуляторов.

Хорошо себя зарекомендовали смешанные схемы работы гибридных двигателей, которые подразумевают надежное взаимодействие двигателей внутреннего сгорания и электромотора. Автомобиль движется, благодаря их совместной работе, а при наличии бесступенчатой трансмиссии, этот тандем является весьма эффективным, но и очень дорогим.

Основные преимущества

Несмотря на довольно высокую стоимость автомобилей с гибридными двигателями, всё больше людей склоняются к их покупке. Как основные полюсы они отмечают:

• Охрана окружающей среды. Снижение количества выхлопных газов позволяет сделать воздух в городе и на всей планете несколько чище, а это уже польза для всех.
• Автомобиль не требует внешней электрической зарядки, что немаловажно. Расход топлива тоже значительно снижается и владелец авто получает довольно большую экономию денег.
• Все модели такого типа имеют хорошие технические характеристики, часто превосходящие характеристики обычных автомобилей.

Минусы гибридных автомобилей

Наряду с перечисленными плюсами «гибриды» имеют и ряд негативных сторон, к которым можно отнести:

• Очень высокая стоимость самого автомобиля.
• Высокая сложность в конструкции влечет за собой высокую стоимость обслуживания.
• Недостаточно развитая система автосервисов. Сложность гибридной конструкции требует хороших знаний и высококлассных специалистов в автомастерских, что не всегда возможно, особенно в удаленных населённых пунктах.
• При выходе из строя батарей хозяину авто придётся довольно долго искать место доступной утилизации.

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.