Трансмиссия гибридного автомобиля

• О проекте
  • Контакты
  • Подписка
  • Реклама
  • Статистика
• Аналитика
  • Автомобильный рынок
  • Аккумуляторный рынок
  • Рынок автокомпонентов
  • Рынок ИБП
  • Рынок сырья и материалов
• Бизнес-справочник
  • Ассоциации и отраслевые выставки
  • Дистрибьюторы
  • Интернет-магазины
  • Поставщики материалов и оборудования
  • Производители
  • Региональные дилеры
  • Розничные точки
• Видео
  • Видеоновости
  • Рекламные ролики
  • Тематические сюжеты
• Новости
  • Курьезы
  • Новости законодательства
  • Новости от дистрибьюторов
  • Новости от поставщиков
    • Металлы
    • Прочие материалы
  • Новости от потребителей
  • Новости от производителей
  • Новости портала
• Объявления
  • Сотрудничество
  • Тендеры и аукционы
  • Товары и услуги
• Опросы
• События
  • Выставки и шоу
  • Конференции и форумы
• Советы потребителям
  • Выбор аккумулятора
  • Обслуживание аккумулятора
  • Тесты аккумуляторов
  • Эксплуатация аккумуляторов
  • Другие полезные советы
• Технологии
  • Альтернативные источники тока
  • Литиевые источники тока
  • Никелевые источники тока
  • Потребители энергии
  • Свинцово-кислотные АКБ
  • Солнечные батареи
  • Топливные элементы
  • Цинковые источники тока
• Энциклопедия
  • Аккумуляторный ликбез
  • Маркетинг
  • Менеджмент
  • Стандарты

Всё о гибридах: как они устроены и какими бывают (+видео)

Гибридные автомобили уже перестали вызывать удивление на улицах, но их конструкция до сих пор является для многих загадкой.

Ответить на вопрос об устройстве современного гибрида одновременно и просто, и сложно. В общем понимании, это автомобиль, силовая установка которого состоит из электромотора и двигателя внутреннего сгорания, которые так или иначе совместными усилиями вращают колёса. Этого достаточно, чтобы объяснить любому непосвящённому, что значит загадочное слово Hybrid на кузове обычной с виду машины. Но стоит копнуть глубже — и голова идёт кругом от того, какое количество технических решений и вариантов компоновок наворотили создатели современных гибридов! Запутаться в обилии терминов и инженерных решений проще простого, но в нашем материале мы разобрались, какими вообще бывают гибриды и как они все устроены. Первый критерий, по которому можно разделить все гибридные автомобили, — насколько развита их способность двигаться на электротяге.

Микрогибриды — простейшая форма гибридной жизни

Самая примитивная форма гибридизации — это продвинутая версия системы «старт-стоп». Здесь никакие электромоторы не толкают автомобиль вперёд, и гибридной такая технология является достаточно условно, поэтому сразу выделим микрогибриды в особую категорию вне всяких классификаций. В таких автомобилях специальный мощный стартер способен не только раскручивать двигатель для запуска, но и работать как генератор при рекуперативном торможении. Собираем «бесплатное» электричество — экономим на паразитной нагрузке ДВС (у которого нет необходимости вырабатывать бортовое электричество в дополнение к основным тяговым обязанностям), а значит и расходе топлива. Подобранная буквально с дороги и сохранённая в усиленной батарее и/или специальном накопителе электроэнергия идёт потом на перезапуск двигателя внутреннего сгорания при работе системы «старт-стоп», питание климатической установки, электроприводов, светотехники и других бортовых устройств, а сэкономленное на этом топливо — на дополнительные километры пробега. Подобные технологии используют многие производители: это i-ELOOP от Mazda, e-HDI от Peugeot, Blue Drive от Hyundai и другие.

Производители заявляют, что микрогибридная технология позволяет экономить до 10-15% топлива

Высшая степень электрификации: гибриды типа plug-in

Но настоящие, полноценные гибриды всё-таки способны на большее, как с точки зрения экономии топлива, так и в плане тяговых возможностей. Всё потому, что их электродвигатели не только собирают электроэнергию в роли генераторов для зарядки батарей, но и вращают колёса совместно с двигателем внутреннего сгорания. Только делают это по-разному. Самые совершенные конструкции обеспечивают возможность двигаться как с помощью совместных усилий ДВС и электромотора, так и на чистой электротяге, причём достаточно продолжительное время. Для этого их батарея имеет увеличенный объём, электромотор — высокую мощность (70-100 л.с. и выше), а наряду с лючком бензобака в кузове имеется и порт для подключения электрического шнура для зарядки от обычной розетки. Это решение получило общераспространённое обозначение plug-in (плаг-ин) и по своей сути представляет собой промежуточное звено между традиционными автомобилями и электрическими.

Рекуперация — одна из основ всех гибридных технологий и обязательный (но не всегда единственный) способ зарядки батарей любого гибрида. Она представляет собой преобразование кинетической энергии в электрическую (вместо тепловой в обычных автомобилях) и запасание последней в тяговой батарее. Этот процесс становится возможным тогда, когда машина движется накатом или замедляется, и колёса раскручивают электродвигатель-генератор, который вследствие этого вырабатывает электричество. Это видео компании Bosch наглядно поясняет, как происходит процесс рекуперации

Всё потому, что благодаря в разы более объёмной, чем у обычных гибридов, батарее «плагины» могут преодолевать на электротяге без единой вспышки в цилиндрах ДВС до 50 километров. Это вполне приличная по городским меркам дистанция, безвредно для окружающей среды повторять которую можно снова и снова при условии регулярной «дозаправки» батарей из розетки. Но усреднённый показатель с учётом условий движения и разницы в технических характеристиках — около 25-30 км. Что тоже, впрочем, немало. Ведь способность полноценно передвигаться на электричестве в коротких городских поездках является серьёзным конкурентным преимуществом перед другими, более простыми гибридами, которые едва ли доедут на электротяге до следующего светофора!

Так как «плагины» изначально рассчитаны на полноценное передвижение на электротяге, водить их совсем не скучно: в электрорежиме динамика умеренно-достаточная, но когда электромотор помогает ДВС разгоняться при нажатом в пол акселераторе, то прибавка в мощности чувствуется очень здорово!

Меньшая степень электрификации: полные и умеренные гибриды

Гибридные автомобили, которые не умеют заряжаться от розетки, также делятся на подвиды: это полные и так называемые умеренные (mild в англоязычных источниках). Первые благодаря большему объёму батарей, большей мощности электромотора способны двигаться исключительно на электротяге обычно в пределах 2-4 километров, а вторые используют слабенький электромотор только в качестве помощника для ДВС и «на батарейках» (ввиду их скромного объёма и общей примитивной конструкции системы) не способны проехать и метра. При этом умеренные гибриды запасают энергию только посредством рекуперативного торможения, а полные ещё и с помощью двигателя внутреннего сгорания, соединённого, как правило, с отдельным генератором.

Типичный представитель класса умеренных гибридов — Honda Civic Hybrid, CR-Z и все остальные «Хонды», использующие фирменную технологию IMA (Integrated Motor Assist). Умеренными гибридами также являются американцы Buick LaCrosse, Chevrolet Malibu и Impala, BMW ActiveHybrid 7. А ещё умеренным гибридом является… гиперкар Ferrari LaFerrari! Ему ни к чему чистая электрическая тяга, а вот дополнительная мощность в 163 л.с. в дополнение к бензиновым 800 будет очень кстати!

Идеологически умеренные гибриды ближе к классу микрогибридов и часто понимаются как единое целое. Хотя различие между ними всё же есть: в отличие от умеренных, микрогибриды неспособны поддержать бензиновый двигатель своей тягой. Полные же гибриды концептуально стремятся к классу «плагинов» и кратковременно способны произвести на неподготовленного человека примерно такое же впечатление — могут ведь ехать бесшумно! Однако реальное использование чётко обозначает пропасть между потребительскими качествами первых и вторых, если, конечно, использовать преимущество зарядки от розетки гибрида типа plug-in.

Все гибриды также делятся на подвиды в зависимости от того, какой двигатель непосредственно вращает колёса. Здесь мы переходим ко второму основному критерию классификации гибридных машин — компоновке.

Умеренные гибриды ещё и едут более чем умеренно, так как электродвигатели там применяются слабые (10-20 кВт), максимальный запас электроэнергии ничтожен, а масса выше, чем у негибридных версий той же модели. Впрочем, то же самое, только в чуть меньшей степени, можно сказать и про большинство полных гибридов.

Компоновка: последовательные гибриды

В случае, когда двигатель внутреннего сгорания в принципе не вращает колёса механическим способом, гибрид представляет собой по сути электромобиль с бортовым генератором электричества, роль которого и исполняет ДВС. Такие гибриды принято именовать последовательными. Эта схема отличается простотой, так как нет необходимости сооружать сложную трансмиссию — электромоторы вращают колёса через единственную главную передачу, которая служит для формирования нужного крутящего момента. Но класс последовательных гибридов сегодня представлен единичными моделями, так как эффективность подобного решения неоднозначна. Ведь энергию сгорания топлива приходится преобразовывать сначала в механическую, потом механическую в электрическую, а в конце электрическую — в работу непосредственно на колёсах.

80-километровый пробег Вольту обеспечивает гигантская даже по меркам plug-in гибридов батарея ёмкостью 18,4 кВт∙ч — вдвое больше, чем у той же «Панамеры». Это говорит о том, что Volt ориентирован прежде всего на полноценное электрическое вождение. Для чего тяговый электромотор, обладающий мощностью 149 л.с. и тягой 398 Н∙м (для сравнения: крутящий момент Subaru WRX STI — 407 Н∙м), обеспечивает динамику 0-100 км/ч на уровне 8,5 секунды

Поэтому функционирующий по такой схеме гибрид должен обязательно иметь хорошо развитые электрические способности. Ярким представителем этого класса электромобилей-гибридов был более не выпускаемый седан Fisker Karma, а из современников упомянем, прежде всего, Chevrolet Volt и BMW i3. Volt способен проезжать на электротяге 80 километров (благодаря тому, что он относится к категории подзаряжаемых гибридов plug-in), а если систему будет подпитывать генерирующий электричество 1,5-литровый ДВС, то непрерывный пробег увеличится до 676 км. Для электромобиля BMW i3 бензиновый двигатель — вообще опция, с которой чисто электрический запас хода в 160 км превращается в гибридный 300-километровый.

В качестве батарей в настоящее время чаще всего используются литиево-ионные и никель-металлгидридные модули, состоящие из множества ячеек. Основные производители — Samsung, Panasonic, Continental. Обычно в конструкции гибрида используются две батареи — тяговая с высоким напряжением и обычный 12-вольтовый аккумулятор для бортового оборудования

Компоновка: параллельные гибриды с электромотором между ДВС и трансмиссией

Но если вышеупомянутая схема по своей сути ближе к электромобилю, то такие автомобили, как Porsche Panamera S E-Hybrid и Cayenne S E-Hybrid, Volkswagen Golf GTE и Passat GTE, Mercedes-Benz S 500 e и С 350 e, BMW X5 xDrive40e и другие сочетают в себе привычные нам свойства бензиновых машин и способность проехать получасовой маршрут на электричестве. Для того, чтобы сохранить все «бензиновые» преимущества, мощные моторы таких машин имеют жёсткую связь с колёсами. Электродвигатель не нарушает привычную компоновку этих моделей, потому как встроен в коробку передач, и при необходимости мощности ДВС и электромотора суммируются. Эта схема называется параллельной, так как моторы обоих типов работают одновременно. В зависимости от выбранного водителем режима, бензиновый мотор может либо вращать колёса совместно с электродвигателем, либо последний будет работать в качестве генератора и запасать электричество в батарее на будущее. Чисто электрический режим реализован посредством сцепления между трансмиссией и ДВС: если оно разомкнуто, то электромотор вращает колёса в одиночку.

На этих изображениях видно, как компактно электромотор интегрирован в коробку передач гибрида Volkswagen Golf GTE — в сравнении с обычной бензиновой или дизельной версией компоновка принципиально не изменилась. Дополнительное место заняла лишь батарея в задней части кузова, проводка и управляющая электроника. Большинство европейских производителей создают свои самые свежие plug-in гибриды именно по такой схеме

Компоновка: параллельные гибриды с электромотором отдельно от ДВС и трансмиссии

Отдельно стоит достаточно обширная и одновременно разношёрстная группа гибридных автомобилей, у которых один или несколько электромоторов не сблокированы с коробкой передач и двигателем, а вынесены на периферию. Первопроходцем в таких решениях стала компания Toyota со своей технологией HSD (Hybrid Synergy Drive), которая лежит в основе подавляющего большинства бензиново-электрических Toyota и Lexus. Это очень сложная и достаточно эффективная конструкция: помимо батареи и обслуживающей систему электрики, она состоит из двигателя внутреннего сгорания и двух электромоторов, объединённых посредством планетарной передачи. Планетарная передача — это механическая конструкция из нескольких шестерён и осей, которая объединяет, разделяет и преобразует крутящий момент от нескольких источников.

Справа к ДВС пристыкован трансмиссионный модуль с двумя электродвигателями. Крайний справа — тяговый электромотор, левее находится планетарная передача, а между ней и бензиновым двигателем — мотор-генератор, он же стартер

Один из электромоторов системы служит стартером и генератором, а второй является тяговым и рекуперирующим электричество при замедлении. Благодаря особенностям планетарного механизма, ДВС не связан напрямую с колёсами, и часть его энергии всегда отдаётся на вращение заряжающего батареи и питающего тяговый электродвигатель генератора. Для подробного разбора устройства гибридной установки Toyota потребуется отдельный большой материал, а в рамках этого общего нужно понимать главное: традиционная трансмиссия здесь заменяется планетарной передачей и контролирующей силовые модули (ДВС и два электромотора-генератора) электроникой — в зависимости от потребностей водителя, тяговый электромотор выдаёт определённую мощность отдельно или совместно с двигателем внутреннего сгорания, а избыточная тяга последнего средствами планетарного механизма идёт на вращение второго мотора-генератора и, соответственно, зарядку основной батареи.

Это видео схематично объясняет как работает гибридный привод «Тойот» и «Лексусов». Принцип един для всех моделей, хотя у них и отличаются двигатели (это может быть как работающая по циклу Аткинсона «четвёрка» под капотом Prius, так и мощный V6 в Lexus GS) и объёмы, и типы батарей (в среднем 1,3 — 1,9 кВт∙ч). Для реализации полноприводной схемы (например, Lexus RX 450h или NX 300h) в задней оси добавляется ещё один электромотор, тяга которого синхронизируется с тягой передней силовой установки с помощью компьютера

Однако не одна только Toyota решилась на инженерные извращения в области гибридов. Несколько более простую схему разнесённых ДВС и электромоторов используют Volvo и Peugeot для создания гибридных полноприводников. Идея проста и одновременно красива: переднюю ось пусть приводит турбодизель (ещё одно экзотическое решение в мире питающихся обычно бензином гибридов), а заднюю — электродвигатель. При необходимости (или по принуждению водителя) включения полного привода гибрид начинает работать как последовательно-параллельный: ДВС одновременно вращает через обычную автоматическую коробку передач переднюю ось и питает через генератор электромотор, который крутит колёса задней оси. В чистом же электрорежиме автомобиль является заднеприводным. Volvo V60 Plug-In Hybrid ещё и оказалась самой дальнобойной в электрическом плане за всю историю наших тестов гибридов — за счёт ёмкой батареи и хорошо отлаженных алгоритмов универсал покрыл на электротяге 46 километров!

Так устроен гибридный привод Peugeot 3008 RXH с тягой раздельного типа на каждой из осей:

1. Мотор-генератор, объединённый с главной передачей и дифференциалом
2. Тяговая никель-металлогидридная батарея SANYO
3. Блок PTMU (Power Train Management Unit), объединяющий конвертор и инвертор. Охлаждение силовой электроники и батареи воздушное, осуществляется при помощи вентиляторов
4. Стартер-генератор
5. Шестиступенчатая роботизированная коробка передач BMP6 с однодисковым сцеплением
6. Дизельный мотор 2.0 HDi
7. Задняя многорычажная подвеска, собранная на стальном подрамнике
8. Передняя подвеска «МакФерсон»

Нечто подобное, только наоборот, изобрели в BMW, когда проектировали футуристичный суперкар i8. У него бензиновая установка с автоматической коробкой передач и электромотором-генератором находится сзади, а тяговый электродвигатель — на передней оси. Система работает таким образом, что гибридное купе может быть либо переднеприводно-электрическим, либо полноприводно-гибридным. Переход на задний привод невозможен по той причине, что в случае опустошения батареи ДВС, по задумке инженеров, начинает работать одновременно в режиме вращения колёс задней оси и питания переднего электродвигателя через второй мотор-генератор — это всё та же последовательно-параллельная схема. Интересной особенностью BMW i8 является то, что передний электродвигатель вращает «ось» через двухступенчатую коробку передач, что позволяет достигать на одной только электрической тяге скорости 120 км/ч.

Аналогично полноприводникам Toyota и Lexus устроена и трансмиссия гибридного Mitsubishi Outlander. Принципиальная разница в том, что вместо планетарной передачи на передней оси установлена односкоростная трансмиссия GKN с редуктором, который с помощью гидромуфты подключает ДВС к вращению передних колёс, когда это необходимо и возможно — в основном, на высоких скоростях при езде по трассе. В остальное же время кроссовер приводят в движение передний и задний электродвигатели, питаясь от объёмной тяговой батареи. Когда её запас иссякает, то в дело вступает ДВС в паре с генератором.

Так что же лучше?

Гибридное будущее однозначно за конструкциями типа plug-in, потому что именно они дают реальную экономию топлива. К тому же, большинство «плагинов» — это два автомобиля в одном: бесшумный и плавный электрический плюс бензиновый со взрывной динамикой, которую обеспечивает увесистый электрический «буст». Однако для полноценного использования такого автомобиля владелец должен иметь возможность обеспечить его зарядной инфраструктурой. В противном случае проще остановиться на обычном полном гибриде, не имеющем функционала подключения к розетке — пусть его пробег на электричестве и ничтожен в сравнении с «плагинами», но и весит вся конструкция меньше, и стоит дешевле. Смысл в вымирающих умеренных гибридах, которые неспособны двигаться без участия ДВС, практически отсутствует — эффект от применения электротяги здесь едва ли оправдывает лишнюю массу и более высокую стоимость в сравнении с негибридными версиями. Есть будущее и у микрогибридов: отношение затрат к достигаемому с помощью этой технологии эффекту выглядит выгодным. Что касается механической схемы, то это больше вопрос настройки: конечного пользователя не должно волновать как и с помощью чего распределяются потоки мощности и энергии в недрах автомобиля — индустрия знает примеры как отличной, так и не слишком идеальной работы любой из известных схем.

Гибридная силовая установка автомобиля

Устройство гибридного автомобиля

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Плюсы и минусы гибридного автомобиля

Сначала стоит обратить внимание на сильные стороны электропривода как такового:

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

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

Статья в тему: 5 эффективных и простых средств для удаления налипших насекомых с кузова автомобиля

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

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

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

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

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

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

• Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
• Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
• Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор. При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.
• Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
• Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя. Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Схемы работы гибридов

Гибридными называются машины, которые приводятся в движение по автодорогам с помощью современных гибридных силовых установок.

Особенностью гибрида является применение от двух и более различных источников энергии и двигателей, которые преобразуют при функционировании энергию непосредственно в работу. То есть обеспечивают вращение колес.

Очень часто встречается понятие гибридный двигатель. Если смотреть на вопрос с технической точки зрения, то он неверный.

Хотя источников для создания и генерации энергии много, по факту при производстве авто используется только два.

Противотуманные фары: чем отличаются, как выбрать и установить

Это классический ДВС, то есть двигатель внутреннего сгорания, и электромотор. Основным достоинством такого сочетания справедливо считать улучшенные показатели экономии топлива. Параллельно гибриды существенно снижают показатели вредных выбросов. С электрокарами они сравниться никак не могут. А вот обычные машины с классическими ДВС опережают значительно. Экономия обусловлена совместной работой двух моторов, использованием специальных аккумуляторов и иных технологий.

В современных гибридах реализовано множество систем и устройств, работа которых направлена на экономию топлива, повышение технических характеристик, улучшение работы системы управления, торможения и пр.

Если изучить каталоги современных автопроизводителей, практически у каждого из них найдется минимум один гибридный автомобиль.

Пока далеко не все автокомпании заинтересованы во ввозе гибридов в Россию, что обусловлено низким спросом.

Среди популярных авто, имеющих гибрид под капотом, можно выделить такие:

• Тойота Приус;
• Порше Панамера;
• Хонда Фит;
• Хонда Цивик;
• Ниссан Х-Трейл;
• Лексус RX450h;
• Ford Escape;
• Тойота Камри;
• Фольксваген Туарег;
• Хендай Элантра и пр.

Причем разные авто используют в своей основе различные технологии.

Все применяемые сейчас гибридные схемы можно разделить на 3 категории:

• последовательно-параллельные или смешанные;
• параллельные;
• последовательные.

А теперь предлагаю рассказать о том, что каждая из них означает.

Последовательная схема

Покупая гибрид, важно понимать, что в авто сохраняется обычный мотор, и к нему добавляется электроустановка. Но технологии бывают разными.

Обычно такие проблемы как перегрев двигателя, либо необходимость замены цепи ГРМ, как и детонация двигателя, в меньшей степени, но продолжают проявляться на авто.

От замены масла также отказаться не получится. Это вам не электрокар, где рабочие жидкости фактически и не требуются.

Полировка фар автомобиля своими руками: доступные способы

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.

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона. Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

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

Последовательная схема

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

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

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

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

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

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

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

Параллельная схема

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

Статья в тему: Обработка автомобиля жидкой резиной

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

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

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

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства. Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Конструктивные особенности и отличия планетарной коробки передач Toyota Prius

Японский седан Toyota Prius стал первым массовым гибридным автомобилем, который движется как за счет работы бензинового двигателя, так и за счет электрического мотора. За оригинальность и новшество получил множество разных престижных наград. Большая часть из них, конечно же, касается веского вклада в экологичность и сохранение окружающей среды. Основным двигателем автомобиля считается бензиновый силовой агрегат, работающий за счет сгорания топливно-воздушной смеси. Мотор работает по циклу Аткинсона.

Его основные достоинства – невысокий уровень расхода, высокий КПД и крайне низкий уровень токсичности выхлопных газов. Силовой агрегат способен не только передавать усилие на колеса транспортного средства, но и крутить мотор-генератор, так будет вырабатываться необходимое электричество. Вырабатываемое электричество аккумулируется в батареях и расходуется электроприборами. Но больший интерес все-таки представляет планетарная коробка передач, отличающаяся некоторыми особенностями.

Особенность работы привода

Бензиновый движок может лишь частично помогать колесам вращаться на оптимальных оборотах и на определенном скоростном режиме. Особенность работы мотора по циклу Аткинсона состоит в том, что он практически не отдает момент на низких оборотах. Он работает оптимально во время движения по трассе, когда двигатель раскручивается до 2000 оборотов и выше. Таким образом, наиболее важное предназначение ДВС – крутить генератор, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию.

Если машина движется по пробкам и с небольшой скоростью, усилие на колеса поступает от основного электромотора. То есть, имеем дело с последовательно-параллельной гибридной системой THS, включающей преимущества от двух одноименных системы. Самое главное, что переход из последовательного в параллельный режим при выезде из города на трассу водителем остается незамеченным.

Планетарный механизм: конструкция

В трансмиссии гибрида отсутствуют органы управления, включая муфты, синхронизаторы, гидравлику и фрикционы. Это своеобразный «электрический вариатор», в котором скорость вращения изменяется не за счет клиновидного ремня, а путем суммирования мощности ДВС и двух электромоторов через планетарный редуктор.

Планетарный шестеренчатый механизм состоит из следующих частей:

• круговая шестерня – внешнее основное кольцо;
• центральная шестерня – она же солнечная шестерня, расположенная в центре механизма;
• планетарная шестерня – находится на планетарной оси, вращающейся вокруг центральной (солнечной) шестерни, по такому же принципу вращаются и планетарные шестерни.

Электродвигатель, работающий в качестве генератора (он же мотор-генератор номер один), также может работать в качестве стартера, напрямую соединен с солнечной шестерней. Второй электродвигатель (мотор-генератор номер два) напрямую соединен с основным кольцом, соответственно и с колесами. ДВС подключен к планетарной оси с шестернями. Получаем, что редуктор связывают между собой три компонента (ДВС и мотор-генераторы), отсюда он получил еще одно название – устройство распределения мощности или Power Split Device. Специалисты обычно говорят, что Toyota Prius получил бесступенчато-регулируемую трансмиссию. Коробка передач работает точно так же, как и обычная КПП, за тем исключением, что передаточное отношение может меняться беспрерывно и плавно.

Отличия трансмиссии гибрида от других коробок передач

Дифференциал, оси, колеса гибрида – вполне обычные. Дифференциал традиционно позволяет вращаться с одинаковой скоростью внутренним и внешним колесам во время вхождения транспортного средства в поворот. За счет осей крутящий момент передается от дифференциала до ступицы колеса. Предусмотрено специальное сочленение, позволяющее колесам двигаться вслед за подвеской – вверх или вниз.

Чего нет в трансмиссии Toyota Prius, что есть практически в каждом другом автомобиле?

1. Отсутствует ступенчатая коробка передач.
2. Нет сцепления или гидротрансформатора. Колеса автомобиля всегда жестко соединены с ДВС и электромоторами.
3. Отсутствует стартер. Бензиновый двигатель заводится посредством мотор-генератора один (MG1) через специальные шестерни устройства распределения мощности.

Конструктивно гибрид получился не сложней обычного автомобиля с бензиновым мотором. Основную загадку для большинства автолюбителей представляют разве что мотор-генераторы и PSD – устройство распределения мощности. Но, как показала практика, они более надежны и выносливы, чем некоторые составные части трансмиссии, которые были убраны. Также автомобиль лишился некоторых узлов, к примеру, обычного генератора переменного тока, обязанности которого взяли на себя электромоторы, вырабатывающие ток в случае необходимости.

Обслуживание коробки передач

Многих автовладельцев интересует вопрос обслуживания трансмиссии гибрида. В Toyota Prius также необходимо менять трансмиссионное масло. Для замены смазочного материала в 20-м кузове нужно просто открутить сливную пробку, дождаться, когда отработанная техническая жидкость вытечет, после чего залить свежее масло. Ничего необычного и сложного. Гораздо сложней менять масло самостоятельно в авто 10 и 11-го кузова. Основная проблема – необычная конструкция поддона. То есть, открутив сливную пробку, можно слить только часть старого масла.

Примерно 300 мл отработанного самого грязного материала (продукты износа, остатки герметика) остаются в поддоне. Правильная смена трансмиссионной жидкости в таком случае должна начинаться со снятия поддона и слития оттуда материала с последующей промывкой. С одной стороны – лишняя дополнительная работа, с другой стороны – возможность выполнить диагностику и оценить состояние коробки передач. Чего не хотел бы увидеть ни один автомобилист – бронзовую стружку на дне поддона. Это верный сигнал, что трансмиссии автомобиля осталось работать недолго и грядет скорый ремонт.

Заключение

Гибрид Toyota Prius – своеобразный и интересный автомобиль, отличающийся экономичностью и мизерным расходом топлива. Он отлично подойдет тем, кто большую часть времени проводит в городе, эксплуатируя автомобиль в умеренном скоростном режиме. Также машина оправдывает себя при движении по загородным дорогам со средней скоростью (не выше 120 км/ч). Для постоянной езды по автомагистралям на высокой скорости Тойота Приус не совсем подходит и в плане экономичности может проигрывать даже авто с дизельным силовым агрегатом.

Планетарная коробка передач на Toyota Prius

Источник http://www.battery-industry.ru/2015/06/17/%D0%B2%D1%81%D1%91-%D0%BE-%D0%B3%D0%B8%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D1%85-%D0%BA%D0%B0%D0%BA-%D0%BE%D0%BD%D0%B8-%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D1%8B-%D0%B8-%D0%BA%D0%B0%D0%BA%D0%B8%D0%BC/
Источник http://shinomontazh-penza.ru/dvizhok/kak-rabotaet-gibridnyj-dvigatel.html

Конструктивные особенности и отличия планетарной коробки передач Toyota Prius