Принцип работы приуса, Toyota Prius — Википедия
Благодаря трансмиссии с такой коробкой нагрузки на двигатель снижаются, расход топлива ДВС — меньше. Существенно меньше вpeдныx выбpocoв в атмосферу по сравнению с машинами, оснащенными только ДВС. В качестве опорного звена то есть заторможенного здесь на разных режимах работы могут выступать как связанный с тяговым мотор-генератором MG2 эпицикл планетарной передачи, так и связанное с двигателем внутреннего сгорания ICE её водило.
Трогание и первичный разгон — самые тяжелые для ДВС режимы движения — производятся на электротяге, далее по мере необходимости подключается ДВС. В качестве опции предлагается устройство беспроводной зарядки, способное полностью заправить аккумулятор часа за три. Аналогично устроен и подключаемый гибрид Audi A3 e-tron, но коробка передач в нем шестиступенчатый «робот» с двумя сцеплениями — любимая трансмиссия группы Volkswagen.
Таким образом, мы видим два подхода в конструировании гибридного привода: комбинирование с обычной автоматической трансмиссией либо организация так называемого синергетического агрегата электромеханического вариатора , который объединяет и распределяет тягу ДВС и электромоторов. Первый вариант предпочитают европейские компании, второй, кроме Toyota, выбрала и General Motors для своего подключаемого гибрида Chevrolet Volt, поступившего в продажу в году.
В Европе известен «брат» этой модели Opel Ampera. В конструкции гибридного силового агрегата Volt имеются ДВС, планетарный редуктор и два мотор-генератора. Однако управление в сравнении с Toyota организовано иным способом: подключение компонентов и блокировка элементов осуществляются с помощью трех фрикционов.
Первый присоединяет к трансмиссии ДВС, второй — мотор-генератор, а третий фиксирует коронную шестерню — в этом режиме Volt едет на одной электротяге.
Полностью заряженный гибрид Volt без подключения ДВС способен проехать до 55 км. Гибридный агрегат Volt сложнее, чем у Toyota. Три фрикциона срабатывают довольно часто и при этом изнашиваются. Соответственно, уровень безотказности и показатели ресурса силового агрегата GM меньше, чем у гибридных агрегатов Toyota, которые показывают высокий уровень надежности. Большинство неисправностей японского привода связано с электронными компонентами типа инвертора или с огрехами обслуживания. Ради чего же американцы отдали предпочтение более сложной схеме?
Видимо, была задача построить что-то собственное, без копирования патентованной конструкции. Кроме того, в США для владельцев электромобилей предоставляют налоговые льготы, и GM называла Volt не гибридом, а электромобилем с дополнительным источником энергии на борту.
Дескать, при сравнительно коротких поездках водитель может вообще не использовать ДВС, ограничиваясь электричеством из аккумуляторов. В инструкции даже есть пункт, касающийся того, что бензин в баке надо выработать, если в течение года ДВС не включался. К гибридам можно отнести электромобили, в которых в качестве дополнительного модуля используется двигатель для подзарядки. За счет выработки 9-литрового бака он способен продлить запас хода еще примерно на км.
По появлению новинок на рынке видно, что и другие фирмы активно развивают гибридизацию. Заявлено, что концептуальный флагманский кроссовер BMW X7 с мощной батареей сможет проехать на электротяге уже км. Правда, запас хода на электротяге довольно скромный — около 50 км. Гибридная установка S e не имеет революционных решений в конструкции: конструкторы состыковали трехлитровый сильный ДВС с сильным электромотором и 9-ступенчатым «автоматом».
А Toyota объявила о новой стратегии в отношении гибридов: одни будут нажимать на экономичность, другие — на динамику. Примером «заряженного» гибрида стал представленный на Франкфуртском автосалоне концепт Toyota CH-R Hy-Power, о подробных технических данных которого пока не сообщается.
Популярный у европейских конструкторов вариант, когда к АКП пристыковывают электромотор иногда вместо гидротрансформатора — менее затратный на сегодняшний день, так как не подразумевает глобальных переделок. Но «японско-американский» более сложный вариант перспективнее благодаря компактности и эффективности, хотя и требует больше вложений.
Темпы внедрения гибридов в ближайшие годы будут довольно высокими — Volvo, Maserati, Jaguar уже объявили о том, что к году все их автомобили станут получать либо чисто электрический, либо гибридный привод. К году планирует полностью электрифицировать выпускаемые автомобили Ford, это собирается сделать и Mazda. Но есть и исключение —Lexus, который начал выпуск гибридов вскоре после Toyota, намерен отказаться от них.
Это подразделение Toyota решило, что надо переходить на электромобили. Тем не менее доля гибридов в парке будет только нарастать в ближайшие два десятилетия как минимум.
Гибридный привод — привод, сочетающий различные источники энергии. Самый распространенный включает ДВС и электромотор. Возможны и другие: сочетание ДВС и пневмопривода или любого двигателя и маховика. Цикл Аткинсона в отличие от цикла Отто, используемого в большинстве бензиновых двигателей, имеет более длинный такт рабочего хода. Он реализован благодаря дополнительному механизму. Такой ДВС меньше шумит и расходует меньше бензина, при этом сложнее и имеет худшие характеристики. Однако в составе гибридного привода его недостатки незаметны.
Если в цикле Отто впускной клапан закрывается почти сразу, то в мягких циклах Аткинсона и Миллера клапан закрывается на половине пути при направлении к верхней мертвой точке. Сжатие происходит значительно позже нежели чем при цикле Отто у традиционных ДВС. Это благоприятно сказывается на экологических нормах. Казалось бы, почему тогда мягкий цикл не хотят использовать не на гибридах.
Дело в том, что этот цикл плохо подходит при работе двигателя на малых оборотах. ДВС может элементарно заглохнуть. Для обычного — не гибридного транспортного средства это недопустимо. Но у гибридов два мотора. И легко подстраховаться. Не просто способен запустить машину, а открывает возможности для того, чтобы получить электроэнергию, которая будет использоваться для подзарядки АКБ. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться автономно.
Передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам. Компоненты такие же, как у иного автомобиля: главная и карданная передачи, полуоси, дифференциал для распределения крутящего момента, сцепление, коробка передач. Конкретное количество элементов трансмиссии зависит от схемы гибридной установки.
Например, у решения с последовательной схемой не полностью отсутствует сцепление и коробка передач. Если же коробка передач — в наличии, то в трансмиссии гибрида может быть механического, автоматического, гибридного исполнения. Последний вариант распространен, например, у машин Toyota. В этом случае есть полное разветвление потоков мощности. Благодаря трансмиссии с такой коробкой нагрузки на двигатель снижаются, расход топлива ДВС — меньше.
Топливный бак. На небольших легковых гибридах стоят баки с объёмом до 50 л, на кроссоверах и бизнес-седанах — 70 мл. На транспортное средство монтируется высоковольтная и обычная батарея на 12 В для питания бортовой сети.
До запуска всех систем транспортного средства питание идет от Вой батареи, и только потом в работу включается высоковольтная батарея она может функционировать только при создании условий полного охлаждения. Вырабатывает электроэнергию.
Минимизируя нагрузку на ДВС. Плавно изменяет величину напряжения. Используется для распределения энергии, для выработки высоковольтной батареей трехфазного тока. Принцип работы гибридного автомобиля При отсутствии бензина машина способна работать только от электромотора, при разрядке — от ДВС, но в обычном режиме задействованы оба двигателя.
Работа осуществляется за счет синхронной работы бензинового и электрического двигателей.
При совместной работе топливный двигатель выполняет основную работу по созданию вращательного момента, выработке энергии для аккумуляторной батареи, а электромотор снимает с ДВС нагрузки, минимизирует резкие колебания, снижает количество вредных выхлопов, увеличивают запас хода. При одновременной работе ДВС и электромотор помогают работать друг другу.
ДВС заставляет двигаться генератор, за счёт этого электромотор получает дополнительную энергию. Электромотор, в свою очередь, снижает разгонные нагрузки ДВС, позволяя работать без резких разгонных нагрузок.
Особенности гибридных автомобилей Одна из главных особенностей гибридов — компромиссность. Автомобилисты отмечают эффективное объединение преимуществ автомобилей с ДВС и транспортных средств с мотором. Транспортные средства помогают сэкономить на топливе. Сильно экономия ощутима при езде в условиях интенсивного городского трафика, наличия пробок.
Особенно это заметно у транспортных средств с системой рекуперации. А она есть у большинства современных гибридов. С помощью системы рекуперации можно возвращать энергию. Например, когда авто постоянно тормозит, мотор выполняет функцию генератора, осуществляет зарядку батареи. Пользователи, испытывающие опасение из-за оснащённости транспортного средства высоковольтными батареями, приобретая современные гибридные автомобили могут быть уверены в безопасности: производители оснащают машины многоуровневыми автоматическими системами защиты от поражения электротоком.
Силовые конструкции, крепления транспортных средств делают из композитных материалов углеродное волокно, карбон , лёгких металлов магний, алюминий. Снижение общего веса машины благоприятно сказывается на его технических характеристиках, создаются лучшие условия для движения. При ускорении на подъемах затрачивается меньше энергии. Максимальная длина пробега достигается при езде на небольших и постоянных скоростях. В этом случае — наименьшее аэродинамическое сопротивление и наибольшая эффективность расхода топлива.
Типы гибридных агрегатов «Умеренные» или мягкие. Постоянно работает ДВС. Электромотор дополняет, поддерживает его. Главная цель — усилить мощность и эффективность двигателя. Приводятся в движение электромотором на любом этапе движения: при поддержании стабильной скорости, при ускорении. На электрической тяге транспортное средство способно двигаться на достаточно большое расстояние.
Аккумуляторную батарею от сети подзарядить нельзя. Только на батареях могут ездить, преимущественно, на средние расстояния. Как заряжать гибридный автомобиль такого типа, вопросов не возникает: авто легко подзарядить от розетки, как электрокар, а бензин из топливного бака у Plug-in активно преобразуется в электричество и сохраняется в батареях.
Это промежуточный вариант между сугубо гибридом и электрокаром. У них есть ДВС и электромотор. Но ДВС используется не для движения, а именно для зарядки. Второй вариант от первого отличается наличием дополнительной батареи в первоначальном варианте такого автомобиля. Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.
Последовательная схема Крутящий момент от ДВС передается генератору. Генератор вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Транспортное средство движется на электротяге. ДВС работает только на генератор, электрический мотор установлен таким способом, что он является главной силой, которая приводит в движение ведущую колёсную пару.
Авто с последовательной схемой — это, главным образом, транспортные средства с портом подключения к электросетям. Коробка передач у транспортных средств с последовательной схемой отсутствует.
Батареи ставятся чаще всего никель-металлогидридные. При отключении ДВС авто хватает мощности и заряда для движения самостоятельно. Схема хорошо подходит для техники, которая требует небольшой скорости передвижения, частого торможения. Это, например, городской транспорт, спецтехника в логистических комплексах. Схема хорошо совместима с технологией Kinetic energy recovery system KERS - системой восстановления кинетической энергии.
Во время торможения транспортного средства она накапливается, при необходимости ускорения объекта - расходуется на эту цель. Последовательная схема популярна и у производителей карьерных самосвалов.
Для них не принципиальна высокая скорость, но крайне важный большой крутящий момент. Последовательная схема обеспечивает возможность ДВС стабильно работать на неизменяемых оборотах, не требует от автопроизводителя установки коробки передач и сцепления. Ограничение использования последовательных схем на практике обусловлено тем, что в процессе преобразования — достаточно большие потери энергии. Компоновка создаёт необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, а аккумуляторные батареи достаточно крупногабаритные и высокие по стоимости.
Для легковых автомобилей — это не самое удачное решение. Поэтому в данный момент последовательная схема наиболее интересна производителям большегрузного коммерческого транспорта. Впрочем, у некоторых легковых компактных авто такую схему также можно встретить. Характерный пример - Chevrolet Volt.
Параллельная схема Эта схема характерна для гибридов, которые ездят с использованием и ДВС, и электромотора то есть используется на «умеренных» или мягких гибридах. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается, когда нужна дополнительная мощность то есть когда ДВС трудно справляться с нагрузкой. Электромотор способен работать в качестве генератора.
Блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от ДВС и мотора гибрида. Компоновка исключает необходимость устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости. ДВС напрямую связан с ведущими колесами, и потери энергии небольшие. Топливная экономичность решения незначительная в сравнении с транспортными средствами с последовательной и параллельно-последовательной схемой. Когда транспортное средство начинает тормозить, сохраненная энергия торможения запасается в аккумуляторной батарее.
При ускорении энергия аккумулятора уходит на раскрутку электромотора, при этом расход топлива уменьшается на столько, сколько энергии удаётся аккумулировать при предыдущих торможениях. Недостаток схемы — отсутствие возможности одновременно осуществлять подзарядку АКБ и приводить в движение колёса посредством мотора с электроприводом.
Параллельная схема удачна для транспортных средств, активно движущихся по трассе с малым количеством остановок. Взаимодействие электромотора и двигателя внутреннего сгорания может быть налажено по последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схемам.
Последовательно-параллельная схема Если использована последовательно-параллельная комбинированная схема, автомобиль при старте и на малых скоростях движется только на электрической тяге. Как и при последовательной схеме ДВС в этом случае работает на генератор. При сильных разгонах, большой скорости крутящий момент на ведущие колеса передается одновременно от электромотора и ДВС. При подъеме транспортного средства электромотор получает от АКБ дополнительное питание и минимизирует генератор от сверхнагрузок.
Часть крутящего момента от ДВС благодаря планетарному механизму передается на колёса. Последовательно-параллельная схема обеспечивает отличную топливную экономичность. Функционально последовательно-параллельная схема одна из наиболее практичных. Но её берут в помощь далеко не все производители хотя Ford, Nissan, Toyota Prius, Lexus прибегают к этой схеме весьма активно.
Не самая большая популярность к схеме при её отличных достоинствах связана с тем, что при выпуске транспортных средств требуется устанавливать дополнительный генератор. Требуется ёмкая аккумуляторная АКБ.
Сложности есть и в электронике особенно сложен электронный блок управления. Преимущества использования гибридных автомобилей Плюсы гибридных автомобилей: Независимость. Есть возможность ездить от топлива или электротяги. Существенное снижение расхода топлива даже в комбинированном режиме работы мотора.
Существенно меньше вpeдныx выбpocoв в атмосферу по сравнению с машинами, оснащенными только ДВС. Возможность подстраховаться, если электромотор невозможно подзарядить от сети. Машина начинает ездить как обычное транспортное средство, заправленное топливом.
