Как работает гибридный двигатель, в чем его преимущество? Этот и другие схожие вопросы все чаще задаются и обсуждаются в среде автолюбителей. Автомобильный мир все время развивается, внедряются новые технологии. Одна из них – это гибридные двигатели, которые уже успели завоевать определенную популярность.
Вызвано это тем, что повышаются требования экологичности и сокращаются запасы нефти. Инженеры пытаются уйти от углеводородной зависимости, снижая его употребление в машинах. Удалось это при помощи гибридного двигателя, который начинают устанавливать на свои автомобили все больше автопроизводителей. Гибридный двигатель, что это такое?
Особенности гибридного двигателя
Главная особенность такого агрегата в том, что в нем сочетаются два привода:
- ДВС;
- электродвигатель.
- Они могут работать попеременно или одновременно. Такое сочетание выгоднее варианта, когда работает лишь электрическая тяга, ведь на данный момент у электромобиля есть ряд недостатков:
- отсутствие развитой сети электрических заправок;
- малый заряд, который хватает на небольшой участок пути (порядка 90-150 км);
- длительность зарядки батареи (минимум пара часов).
И хотя мобильность электромобиля ограничена, у него высокий КПД, большой крутящий момент и нет вредных выбросов. К тому же ему не нужна нефть.
Именно в гибриде удалось совместить достоинства двух двигателей, обеспечив экологичность, экономичность, а также хорошие динамические качества.
Как работает гибридный двигатель
Принцип работы гибридного двигателя основан на том, что оба агрегата функционируют вместе, дополняя друг друга. ДВС приводит в движение генератор и обеспечивает электрический мотор энергией. Последний же обеспечивает плавную работу ДВС, снижая нагрузки и колебания. Более того, на гибриды стали ставить системы рекуперации кинетической энергии, которые заряжают батареи в случае торможения автомобиля либо езды накатом. Это обеспечивается приведением в действие электрического мотора, который начинает работать в виде генератора при торможении. Происходит зарядка батареи.
Гибридный двигатель в соответствии со степенью гибридизации может быть трех типов:
- «умеренные»;
- «полные»;
- plug-in.
В первом варианте все время работает ДВС, включение электромотора осуществляется лишь при необходимости дополнительной мощности. Второй вариант может ехать только на электричестве без траты топлива. Plug-in также может ездить только на электричестве. При этом его можно заряжать от розетки. После того, как батарея разряжается, он будет работать как стандартный гибрид.
Как взаимодействует ДВС с электромотором
Каждая автокомпания имеет свое видение в вопросе гибридного автомобилестроения. Поэтому на данный момент существует три типа схем взаимодействия двигателя внутреннего сгорания с электромотором.
1. Последовательная схема
Представляет самый простой вариант, который основан на следующем принципе: ДВС передает крутящий момент только генератору. Последний вырабатывает электричество, а также заряжает аккумуляторы. Движение осуществляется лишь на электрической тяге. К тому же здесь действует система рекуперации кинетической энергии, что обеспечивает дополнительный заряд батареи.
Преимущества подобной схемы:
- ДВС постоянно функционирует на одинаковых оборотах, обеспечивая максимальный КПД;
- отсутствует необходимость оснащения машины мощным и затратным двигателем;
- нет нужды в коробке передач и сцеплении;
- движение машины может осуществляться и без ДВС, используется энергия, накопленная в батарее.
Недостатки:
- потери энергии при преобразовании;
- высокая цена, вес и большие размеры батарей.
Последовательная схема весьма эффективна в случае частых остановок, когда включается в работу KERS. Именно поэтому она используется в качестве городского транспорта, в том числе в самосвалах на карьерах, где не нужна большая скорость и имеет важность наличие высокого крутящего момента.
2. Параллельная схема
В отличие от первого варианта данная схема предполагает работу и электромотора, и ДВС. Электрический двигатель здесь также выполняет функцию генератора. А совместная работа электромотора и ДВС обеспечивается с помощью компьютерного управления. Электронные мозги в зависимости от стиля езды перераспределяет крутящий момент. Главным источником тяги является ДВС, электромотор работает лишь при недостаточной мощности основного двигателя, к примеру, при ускорении или старте. Во время торможения он выполняет функцию генератора.
Преимущества подобной схемы:
- нет нужды батарее большой емкости;
- более низкие потери энергии;
- такая конструкция стоит дешевле.
Недостатки:
- большая трата топлива, если сравнивать с иными вариантами;
- малая эффективность в городе.
Поэтому автомобили с такой схемой показывают эффективность только на трассе. Именно такую схему использует автомобильная марка Хонда.
3. Последовательно-параллельная схема
В указанной схеме объединены первые два варианта. Поэтому наравне с параллельной схемой в нем есть делитель мощности, а также дополнительный генератор. Это позволяет автомобилю брать старт и двигаться на маленьких скоростях непосредственно на электричестве, ДВС же заставляет работать генератор. При высокоскоростном движении крутящий момент начинает идти и от ДВС. При повышенных нагрузках, когда не хватает мощности генератора, в дело вступает аккумулятор.
Так как такая схема включает отдельный генератор, позволяющий заряжать батарею аккумулятора, то электромотор применяется лишь для движения ведущих колес, а также в период рекуперативного торможения. Посредством планетарного механизма часть крутящего момента ДВС идет на работу генератора, питающего электромотор или батарею, а также идет на колеса. Регулировку подачи мощности постоянно выполняет компьютер.
Преимущества подобной схемы:
- высокая экологичность;
- существенная экономия топлива.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- сложность конструкции, так как дополнительно устанавливается генератор, емкая батарея, а также сложный электронный блок.
Такая схема используется на машинах Тойота и Лексус.
