Что такое «гибридный автомобиль» и какими они бывают

«Гибридный автомобиль» – вещь очень модная, а для многих – еще и загадочная. Так что же это такое, какими они бывают? Расскажем вкратце.

TechInsider

Item 1 of 2

1 / 2

Мягкий гибрид BMW 7 ActiveHybrid: электродвигатель помогает в работе двигателю внутреннего сгорания

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.

как работает, классификации и особенности данных авто

Гибридные авто, как следует из их названия, представляют собой симбиоз машины с двигателем внутреннего сгорания и электромобиля. Мода на такие автомобили пришла в девяностые годы — производители боролись за экономию топлива и экологическую чистоту транспортных средств. Но на самом деле гибрид изобретен очень давно.

Немного истории

Первые гибридные машины появились на заре автомобилизации, в конце девятнадцатого — начале двадцатого веков. Тогда они распространения не получили. Позднее по такой схеме строились (и строятся) тяжелые карьерные самосвалы. Представьте себе, какого размера должна быть коробка передач на мощном многотонном монстре? А кардан? А редуктор моста? Поэтому на таких машинах применяется схема дизель — электрохода. ДВС крутит генератор, тот, в свою очередь, питает тяговые электрические двигатели, на каждое ведущее колесо — свой. Это не что иное, как последовательный гибрид. Что такое «последовательный» и какие бывают еще гибриды — сейчас расскажем.

Как работает гибридный автомобиль

Гибридные машины можно разделить по принципам взаимодействия электродвигателя и бензинового мотора. Кстати, на подавляющем большинстве гибридов используется именно бензиновый агрегат.
Последовательным называется гибрид, где ДВС механически не связан с ведущими колесами, а лишь вращает генератор. На легковых машинах такая схема применяется достаточно редко. Большие потери энергии и низкий КПД силовой установки делает ее неэффективной. Если же использовать маломощный ДВС для подзарядки тяговой батареи, которую изначально зарядили «от розетки», то можно увеличить пробег автомобиля на одной зарядке. И такие типы гибридов существуют.
Другая система взаимодействия моторов разных типов называется параллельной. Здесь с ведущими колесами связаны оба двигателя. Часто электромотор (он же — генератор) встроен в маховик бензинового мотора. При необходимости, при интенсивном разгоне, например, работают оба двигателя. А когда мощность ДВС используется не полностью, можно часть ее использовать для зарядки аккумулятора. В процессе торможения гибрида происходит подзарядка батарей за счет рекуперации.
На современных гибридных транспортных средствах используют и более сложные, смешанные схемы. У полноприводных гибридов колеса одной оси могут приводиться двигателем внутреннего сгорания, а другой — электромотором. Другой вариант: ДВС, электродвигатель и генератор связаны через планетарный редуктор. За их совместную работу отвечают электронные «мозги». Электроника решает, кому и когда крутить колеса, когда и сколько времени заряжать батарею. Водителя все это не касается. Он управляет обычным автомобилем: газ, тормоз, коробка — автомат…

Классификация гибридов

Мы добрались до самой главной классификации современных гибридных транспортных средств — по доле участия электромотора в движении автомобиля.

Микрогибрид

Настолько «микро», что и не гибрид вовсе. Но упомянем, для порядка. В таких машинах есть система рекуперации, которая при торможении заряжает аккумулятор. Причем обычный, не тяговый. Тягового просто нет, как и электродвигателя. Зато не тратится лишняя мощность мотора и топливо на зарядку батареи. Машина немножко «позеленела», но все же не стала гибридом.

Мягкий гибрид

Все как положено: ДВС, электродвигатель, тяговый аккумулятор. Только батарея скромная, а электромотор маломощный. Помочь бензиновому собрату, когда тому трудно, он может. А вот самостоятельно двигать авто электрическому двигателю не по силам. Это уже настоящий гибрид. Но первую скрипку по-прежнему играет двигатель внутреннего сгорания.

Полный гибрид

Схема та же, но электромотор мощнее, а тяговая батарея более емкая. Такие машины позволяют проехать несколько километров с небольшой скоростью на электрической тяге. Если нужно дальше или быстрее — подключается ДВС. Роль электричества еще выросла, но пока не стала главной.

Гибрид — плагин

Как работает гибридный автомобиль плагин (plug-in)? В чем его принципиальное отличие от других гибридов? В розетке! Аккумуляторы таких машин заряжаются от сети. Они имеют большую емкость и питают достаточно мощный электромотор. Такие гибриды позволяют совершать короткие поездки (несколько десятков километров) на электрической тяге. Дальше — опять бензин! Казалось бы, ДВС в любом типе гибрида остается главным двигателем, но… Существуют последовательные плагин — гибриды. По сути это электромобили, которые везут зарядную станцию на базе небольшого ДВС. Они могут проехать пару — тройку сотен километров на заряде от розетки, а бензиновый мотор, подпитывая аккумулятор, позволяет увеличить этот пробег вдвое. Здесь то точно доминирует электрический двигатель.

Особенности устройства гибрида

Рассмотрим некоторые особенности гибридных автомобилей. Микрогибриды не в счет. Они, как мы решили, и не гибриды вовсе. Не станем касаться конструктивных схем и компоновок — их множество и о некоторых мы уже сказали выше.
У всех гибридов два двигателя — бензиновый и электрический. Дизельные моторы на легковых гибридах почти не применяются. Дизель дороже бензинового мотора, требует более сложной системы нейтрализации выхлопных газов. Дизельный гибрид, и так не дешевый, еще вырастет в цене. Гибридные машины популярны в Соединенных Штатах, где дизель — удел тяжелых грузовиков. Принципиальных проблем в создании дизельного гибрида нет. Только рынку этого не надо. А если нет спроса, нет и предложения.
У гибридов два аккумулятора — тяговый и обычный, для питания бортовой сети. Все гибридные машины оснащены достаточно сложной электронной системой управления.
Подавляющее большинство таких автомобилей имеют автоматическую трансмиссию — планетарную или вариатор. С «автоматом» проще совмещать работу двух моторов. Существуют гибриды «на ручке», но это редкость.
Получается, что в любой гибрид инженеры должны «упаковать» два автомобиля — бензиновый и электрический. Два мотора со всеми сопутствующими системами, бензиновый бак и батарею. Причем чем гибрид более «электрический» тем он сложнее, тяжелее и дороже.

Преимущества и недостатки гибридных авто

В чем основные плюсы гибридных автомобилей? Прежде всего они экономичны и экологически более чисты. Для того и создавались. Чем меньше топлива сгорает в цилиндрах ДВС — тем меньше вредных выбросов попадает в атмосферу. Чем больше гибрид может проехать на электрической тяге — тем они экономичней и чище.
Из этих преимуществ и вырастают основные недостатки таких машин. Это вес и цена. Хотите экономить топливо — платите за емкую и дорогую батарею. Проблема высокой цены, характерная для электромобилей, естественно, коснулась гибридных машин.

Перспективы автомобилей — гибридов

Сегодня производятся все перечисленные выше типы гибридных машин, от мягких до плагинов. Это говорит о том, что ни производители, ни потребители еще не знают, какой вид гибрида нужен рынку. И нужен ли?
Конечно, развитие автомобилей такого типа будет продолжено. Двигатели внутреннего сгорания станут более экономичными и «зелеными» — гибриды их получат. Будет совершенствоваться электроника и алгоритмы управления гибридной силовой установкой. Обязательно появятся новинки в электрической части. Это позволит двухмоторным машинам становиться все более продвинутыми. Но это малые шаги.
Реальный прорыв даст только создание новых типов аккумуляторов. Электромобили сегодня в тренде. Лучшие умы, большие деньги и основные силы брошены на их совершенствование и продвижение. Если, в итоге, удастся создать аккумуляторную батарею, которая обеспечит гарантированный длительный пробег, быструю зарядку, стабильность работы при любой температуре, кому будет нужен более сложный и менее «зеленый» гибрид?
Случится это завтра или через много лет — неизвестно. А пока гибридные автомобили заняли рыночную нишу, уверенно там себя чувствуют, развиваются и совершенствуются.

Понимание гибридных автомобилей: 4 основных типа

Хотя почти все слышали о гибридных автомобилях, большинство людей на самом деле не знают о различных типах автомобилей, представленных на рынке. В этой статье мы рассмотрим 4 основных типа гибридных автомобилей и опишем, что делает каждый из них уникальным.

Мягкие гибриды

Одной из новейших инноваций в гибридной технологии является «мягкая» гибридная система. Как следует из названия, мягкая гибридная система обычно не приводит автомобиль в движение только за счет электроэнергии. Вместо этого система используется для придания небольшой мощности бензиновому двигателю автомобиля, как правило, при ускорении с полной остановки, а также для облегчения работы энергоемких систем, таких как кондиционер, на бензиновом двигателе. Мягкие гибриды, обычно встречающиеся в виде 48-вольтовых электрических систем, не нуждаются в подключении к сети. Вместо этого батареи заряжаются за счет комбинации мощности от бензинового двигателя и рекуперации энергии при торможении автомобиля (также известное как рекуперативное торможение). ).

Мягкие гибридные системы имеют разные названия, но наиболее распространенными примерами являются eAssist (General Motors), eTorque (Fiat/Chrysler) и EQ Boost (Mercedes).

Полные гибриды

Как и мягкие гибриды, полные гибриды также оснащены как бензиновым двигателем, так и электрическим компонентом. Однако электрический компонент полностью гибридного автомобиля способен выдерживать гораздо большую нагрузку, чем у мягкого гибрида. Большинство полных гибридов могут фактически работать на некотором расстоянии исключительно за счет электроэнергии. Обычно это происходит на более низких скоростях в городе, но это одна из причин, по которой вы можете увидеть, что показатель расхода топлива на галлон в городе у полного гибрида выше, чем показатель расхода на галлон на шоссе (где в стандартных автомобилях с бензиновым двигателем все наоборот).

Когда речь идет о полностью гибридных автомобилях, существует два основных типа силовых агрегатов; Параллельные гибриды и серийные гибриды.

В гибридах Parallel двигатель может приводиться в действие одним из 3 способов: напрямую от двигателя, напрямую от электродвигателя или от обеих систем, работающих вместе.

В гибридной серии колеса приводятся в движение исключительно электродвигателем, а бензиновый двигатель обеспечивает питание электродвигателя, что-то вроде генератора. Бензиновый двигатель на самом деле никогда не приводит в движение колеса.

С развитием гибридных технологий некоторые транспортные средства работают как комбинация двух (метко названных «последовательно-параллельными» гибридами), при этом бортовой компьютер выбирает наиболее эффективный способ работы в любой момент времени.

Полные гибриды заряжают свою аккумуляторную систему практически так же, как и мягкие гибридные системы, за счет энергии бензинового двигателя, а также за счет рекуперативного торможения.

Подключаемые гибриды

Все гибридные автомобили, которые мы обсуждали до сих пор, заряжают свои аккумуляторы исключительно за счет внутренних средств. Основное отличие подключаемых гибридов заключается в том, что эти автомобили могут заряжать аккумуляторы как от внешних зарядных устройств, так и от внутренних. В результате подключаемые гибриды обычно имеют больший запас хода только на электричестве, чем полные гибриды. Подключаемые гибриды, по сути, служат промежуточным звеном между полностью гибридными автомобилями и полностью электрическими автомобилями.

Электромобили с гибридным приводом с увеличенным запасом хода

Хотя полностью электрические автомобили технически не считаются гибридами, некоторые из них оснащены небольшим бензиновым двигателем, который при необходимости обеспечивает амортизацию. Когда у электромобиля заканчивается заряд, его необходимо зарядить, прежде чем он снова заработает. Эти гибриды с увеличенным запасом хода используют свой бензиновый двигатель для зарядки аккумулятора или питания электродвигателя, чтобы вы не остались в затруднительном положении. В зависимости от размера бензинового двигателя это может означать от нескольких десятков миль до сотен.

Гибридные автомобили – простое руководство

гибрид [произносится как

хахи -брид]

существительное

Вещь, созданная путем объединения двух разных элементов.

Гибридные автомобили становятся все более и более распространенными, и здесь, в AA Thornton, мы обрабатываем патентные заявки, направленные на широкий спектр используемых технологий.

В этой краткой статье объясняется, что именно подразумевается под «гибридом», различные доступные типы гибридных автомобилей и некоторые используемые технологии.

Что такое гибрид?

Обычно называемые гибридными электромобилями (HEV), как следует из вышеприведенного определения, гибридный автомобиль — это просто автомобиль, который использует для движения два разных источника энергии. Двумя различными источниками энергии обычно являются бензин и электричество (наиболее распространены в США) и дизельное топливо и электричество (которые можно найти в Европе).

Существует три основных типа гибридных автомобилей; полные гибриды , мягкие гибриды и подключаемые гибриды .

• Полногибридный (FHEV) может работать только на двигателе внутреннего сгорания (т. е. дизельном/бензиновом), электрическом двигателе (т. е. питающемся от батарей) или на их комбинации. Toyota Prius — наиболее известный пример этого. Полный гибрид не подключается к подзарядке; аккумулятор заряжается за счет работы двигателя внутреннего сгорания.
• Мягкий гибрид имеет электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, которые всегда работают вместе. Примером этого является Honda Accord Hybrid. Мягкие гибриды не могут работать только в электрическом режиме или только в режиме двигателя внутреннего сгорания; двигатели/двигатели всегда работают параллельно.
• Подключаемый гибрид (PHEV), как следует из названия, требует подключения к сети, чтобы полностью зарядить аккумулятор. PHEV могут работать только в электрическом режиме.

Используемая технология

Все три типа гибридов имеют общие функции для работы. Цель гибрида — максимально использовать электрическую часть трансмиссии без ущерба для производительности. Снижаются вредные выбросы и повышается топливная экономичность автомобиля. Это связано с тем, что электродвигатель более эффективен, чем двигатель внутреннего сгорания, и не производит выбросов.

Исключением из этой цели могут быть La Ferrari, McLaren P1 и Porsche 918. Эти высокопроизводительные автомобили используют свои электродвигатели для достижения максимальной производительности, а не максимальной эффективности и экологичности.

«Мы хотели использовать гибридную технологию для повышения производительности, как в F1, а не просто для снижения расхода топлива и выбросов»

Роберто Федели, технический директор Ferrari

Как упоминалось выше, для питания электрической части гибридного двигателя гибридный автомобиль должен иметь аккумулятор. Размер батареи варьируется в зависимости от того, насколько транспортное средство рассчитано на ее использование, а способ перезарядки батареи зависит от размера батареи.

Например, подключаемый гибрид может частично заряжаться во время движения автомобиля, но обычно его необходимо подключить к сети, чтобы полностью зарядить большую батарею. Для двигателя внутреннего сгорания неэффективно полностью заряжать аккумулятор на ходу.

Аккумуляторы меньшего размера в полных и мягких гибридах можно заряжать несколькими способами:

Рекуперативное торможение

Без такой системы эта кинетическая энергия будет потеряна – в основном в виде тепла при торможении. колодки автомобиля нагреваются из-за трения тормозной колодки о тормозной диск.

Система «стоп-старт»

Существует множество различных типов систем «стоп-старт», которые мы не будем рассматривать в этой статье, но, по сути, система «стоп-старт» автоматически выключает двигатель каждый раз, когда автомобиль останавливается ( например, на светофоре) и перезапускает его мгновенно при нажатии на педаль акселератора.

Количество миль на галлон (MPG) может быть заметно улучшено за счет удаления двигателя из поездки на холостом ходу.

Система управления двигателем

Гибридные автомобили также часто включают в себя системы управления двигателем, которые позволяют двигателю управлять электродвигателем/генератором на определенных участках ездового цикла, когда он может это делать наиболее эффективно, то есть заряжая аккумулятор.

Топливная экономичность гибридного автомобиля также может быть улучшена за счет оптимизированной настройки двигателя и трансмиссии, например:

Цикл Аткинсона

Полные гибриды чаще всего используют «цикл Аткинсона». Это рабочий цикл четырехцилиндрового двигателя, предназначенный для повышения эффективности за счет мощности за счет сокращения тактов впуска и сжатия.

С добавлением электродвигателя, чтобы заполнить пробелы, водитель не чувствует, что транспортному средству недостает мощности.

Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

CVT — это эффективный тип автоматической трансмиссии, в котором передаточные числа изменяются более плавно.

Позволяет двигателю работать в наиболее экономичном диапазоне оборотов, что увеличивает расход топлива на галлон.

Полный гибрид

(FHEV)

напр. Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius, Honda Accord Hybrid

FHEV используют все технологии, описанные выше, и являются наиболее экономичным типом гибридного автомобиля. Они также могут работать в режиме серии , параллельном режиме или полностью электрическом режиме .

Полностью электрический режим говорит сам за себя и обычно используется FHEV на низкой скорости (например, до 30 миль в час). В серийном режиме также используется электродвигатель для привода колес, но двигатель внутреннего сгорания используется одновременно в качестве бортового генератора. Параллельный режим использует двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель вместе для привода колес.

Мягкий гибрид

напр. Peugeot 308 e-HDi, Ferrari LaFerrari, Chevrolet Malibu

Мягкий гибрид ограничен параллельным режимом, поэтому его действительно можно рассматривать как аккумулятор и вспомогательный двигатель. Электродвигатель недостаточно мощный, чтобы вращать колеса с любой реальной скоростью без помощи двигателя внутреннего сгорания.

Мягкие гибриды, как правило, имеют систему остановки-старта и рекуперативное торможение, но не могут обеспечить показатели расхода топлива на галлон FHEV.

Plug-in Hybrid

напр. Audi A2 E-Tron, BMW i8, Ford C-Max Energi, Kia Optima, Porsche Cayenne S, McLaren P1

Как правило, подключаемые гибриды используют все технологии FHEV, но имеют аккумулятор большей емкости, который можно подключить в сеть для зарядки (например, на ночь). Диапазон, который они могут проехать в полностью электрическом режиме, выше, чем у среднего FHEV.

Высокопроизводительные гибриды

напр. McLaren P1, Ferrari LaFerrari и Porsche 918 Spyder

Наконец, как упоминалось выше, гибридные автомобили не обязательно должны быть ориентированы на максимальную эффективность использования топлива. Другая ветвь гибридов использует эту технологию для повышения производительности.

Автомобиль LaFerrari (определяемый как мягкий гибрид из приведенного выше списка) заряжает аккумуляторы во время торможения или каждый раз, когда двигатель внутреннего сгорания создает больший крутящий момент, чем требуется, например, при прохождении поворотов.

Избыточная энергия (запасенная батареями) может быть использована для обеспечения ускорения при следующем ускорении.

LaFerrari может проехать около 14 миль в чисто электрическом режиме, но Ferrari ограничила максимальную скорость в режиме полного заряда батареи до 3 миль в час. Как сказал Роберто Федели (технический директор Ferrari):

«Вы можете выехать из гаража в режиме чистого аккумулятора, но не более того. Этот автомобиль разработан для экстремальных характеристик »

Если вам нужна дополнительная информация по любому из вышеперечисленных вопросов или вы хотите обсудить события в автомобильном мире, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к одному из наших опытных юристов в сектор машиностроения, физики и механических устройств.