Как работает гибридный двигатель

Купить машину на автопродаже? Автобазар Украины.

Как работает гибридный автомобиль?

Начало движения

Движение

При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы. Генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.

Разгон

• Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном режиме.
• Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.
• При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель снабжает энергией генератор.
• Генератор направляет излишки энергии на блок управления электропитанием.

Торможение

• При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.
• Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.
• Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель работает в обычном режиме.

Особенности работы

Гибридный авто подразумевает сочетание бензинового и электрического двигателей. Они прекрасно дополняют друг друга. Электродвигатели моментально обеспечивают дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Бензиновый двигатель позволяет развить высокую скорость. Работа в системе позволяет каждому источнику энергии работать в оптимальном режиме, обеспечивая автомобилю прекрасные ходовые качества и топливную экономичность.

Один из источников экономии – снижение потребляемой энергии. Гибридные технологии позволяют возвращать энергию, которая в обычных условиях теряется безвозвратно. В частности, при торможении электродвигатели действуют как генераторы, и с подачи блока управления силовой установкой энергия движения «перекачивается» обратно в батарею высокого напряжения.

В качестве основного источника энергии используется двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает мотору дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает вибраций.

Для обеспечения энергией электромоторов гибридная силовая установка использует в своей работе высокопроизводительную никель-металл-гидридную батарею. В то время как генератор и электромотор являются устройствами переменного тока, батарея представляет устройство постоянного тока. Кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора и величине входного напряжения электромотора. Поэтому эти устройства осуществляют преобразование электроэнергии согласно потребностям системы.

Как это работает: Гибридная силовая установка

На страницах британского F1 Racing руководитель технического департамента Williams Пэт Симондс рассказал о гибридных силовых установках, которые используются в Формуле 1 с 2014 года…

Пэт Симондс: «В 2006-м году было решено повысить эффективность 2,4-литровых моторов V8 в Формуле 1, добавив систему, позволяющую запасать энергию на торможениях и использовать на разгонах. У команд была свобода в выборе технологий, но все предпочли вариант с генератором и электромотором – система получила название KERS и позволяла улучшить время прохождения круга примерно на три десятых.

KERS уже использовалась в гонках, а FIA вместе с командами обсуждала следующее поколение двигателей. Был выбран путь использования более мощного электромотора с одновременным уменьшением объема двигателя внутреннего сгорания с установкой турбины и сокращением расхода топлива. Поскольку электрический двигатель был самостоятельной частью, было решено назвать новую систему «Силовой установкой» – такое название точнее отражало тот факт, что мощность зависит не только от двигателя внутреннего сгорания.

Гибридные силовые установки Формулы 1 отличаются от тех, что используются в серийных машинах, но те технологии, которые сейчас обкатываются в чемпионате, в будущем мы увидим и на дорогах. Главное отличие между обычной машиной и Формулой 1 в том, что в силовой установке Формулы 1 используется дополнительная система MGU-H, аккумулирующая тепловую энергию выхлопных газов, используемых в турбине. У этого решения двойное преимущество: устраняется эффект «турбо-ямы», а выхлопные газы генерируют электрическую энергию, которую можно использовать.

Решение перейти на гибридные силовые установки было связано с тем, что Формула 1 должна отвечать вызовам современного мира. Крупные автопроизводители сосредоточены на снижении расхода топлива и выбросов CO2. Новые силовые установки оказались сложными и дорогими, но было бы неправильно игнорировать запросы общества, иначе спонсоры и зрители могли отвернуться, что негативно сказалось бы на бизнесе Формулы 1.

Более сложная конструкция силовых установок не могла не отразиться на их стоимости. Производство двигателей стало дороже с 220 тысяч фунтов до примерно 550 тысяч, с другой стороны, сейчас регламент разрешает использовать в два раза меньше силовых установок за сезон.

Двигатель Формулы 1 не работает на максимальной мощности на протяжении всей дистанции гонки – приходится экономить топливо, искать наиболее эффективный способ проехать дистанцию. Мы заранее определяем, в какие моменты гонки должны экономить, что позволяет на некоторых трассах заливать в бак меньше топлива. Кроме этого инженеры следят за различными параметрами силовой установки, контролируя ее надежность, давая рекомендации пилоту по изменению настроек.

Есть несколько ограничений по использованию топлива – расход не более 100 литров в час и не более 100 кг на всю дистанцию гонки. Если бы не было ограничения на мгновенный расход, двигатель выдавал бы большую мощность, но мы бы не уложились в лимит 100 кг на гонку. Есть несколько способов сэкономить топливо, но каждый из них влияет на время прохождения круга. Самый эффективный способ – за короткое время перед поворотом отпустить педаль газа, а затем уже начинать торможение.

Новые силовые установки стали тише, и у этого есть свое объяснение. Прежний двигатель V8 работал на очень высоких оборотах, что создавало громкий звук. Новые силовые установки работают не только на меньших оборотах, но и состоят из шести цилиндров вместо восьми. В новом поколении двигателя также используется турбина, работающая от выхлопных газов, которые теперь не напрямую выводятся в атмосферу, что тоже снижает уровень шума.

Гибридные силовые установки более эффективны, чем прошлое поколение двигателей. Они развивают такую же мощность, как и моторы в 2013-м, но при этом для преодоления дистанции гонки потребляют только две трети от ранее использовавшегося объема топлива. При этом имейте в виду, что гонщики по-прежнему жмут педаль газа в пол, а это не самый эффективный режим работы двигателя с точки зрения расхода топлива».

Виды гибридов: Что такое гибридные автомобили

Слово «гибрид» происходит из латинского языка и означает нечто, имеющее смешанное происхождение или сочетающее разнородные элементы. Применительно к автомобильным технологиям оно обозначает автомобиль с двумя типами силового агрегата. Обычно это — двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель.

В облегченных гибридных установках электродвигатель используется лишь как вспомогательный для двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но в полноценной гибридной установке ДВС более эффективно спарен с электродвигателем. Причем электродвигатель используется довольно мощный, способный самостоятельно приводить автомобиль в движение на небольших скоростях.

Для современных автопроизводителей «гибридный автомобиль» означает нечто большее, чем простое интегрирование электромотора в силовую установку. Это — «интеллектуальное» управление потоками энергии в автомобиле. Эффективное сочетание ДВС с электродвигателями снижает расход топлива, токсичность выхлопов, улучшает динамику и комфорт при движении. Хороший пример тому — роскошный BMW 7 ActiveHybrid, о котором мы рассказывали в заметке «Активные гибриды». Сегодня автоконструкторы развивают пять основных разновидностей гибридных автомобилей.

Последовательный. В такой гибридной системе ДВС работает в максимально экономичном режиме, исключительно для того чтобы заряжать батарею электродвигателя. Сам автомобиль приводится в движение электромотором.

Параллельный. В таком гибриде ДВС и электродвигатель работают независимо друг от друга, и, в зависимости от типа (мягкий или полный гибрид), могут приводить автомобиль в движение одновременно или по очереди.

Мягкий. Здесь традиционный стартер и генератор полностью заменены на электродвигатель, который используется для запуска двигателя и его поддержки. Это помогает увеличить динамику автомобиля и снизить потребление топлива примерно на 15%. Электромотор и батареи не предназначены для того, чтобы самостоятельно приводить автомобиль в движение. Зато это дает возможность значительно их облегчить и удешевить, в сравнении с компонентами полного гибрида. BMW 7 ActiveHybrid использует как раз концепцию мягкого гибрида.

Полный. В полностью гибридных системах автомобиль может приводиться в движение электромотором на любом этапе движения: и при ускорении, и в движении с постоянной скоростью. Например, в «городском цикле» автомобиль может использовать один только электродвигатель. Компоненты системы такой концепции заметно больше, массивнее, их гораздо сложнее установить, чем в случае с «мягким» гибридом. Тем не менее, они могут значительно улучшить динамику автомобиля. Кроме того, использование только электроэнергии при движении в городе может снизить расход топлива на 20%. Полным гибридом является автомобиль BMW X6 ActiveHybrid.

Аккумуляторный. Емкость, размер и масса аккумулятора зависят от его назначения. В последние годы новые разработки в этой области значительно расширили возможность применения батарей в автомобилях. Высокая емкость и долговечность делают Li-Ion и Ni-MH источники питания полностью пригодными для использования в гибридных автомобилях.

Оценка статьи:

Загрузка...