Што такое гібрыдная сістэма аўтамабіля?

У апошні час вялікую папулярнасць заваёўваюць транспартныя сродкі, якія працуюць на электротяге. Аднак паўнавартасныя электрамабілі маюць істотны недахоп - невялікі запас ходу без падзарадкі. Па гэтай прычыне многія вядучыя аўтавытворцы абсталёўваюць некаторыя свае мадэлі гібрыднымі ўсталёўкамі.

Па сутнасці, аўтамабіль-гібрыд гэты транспартны сродак, асноўны сілавы агрэгат якога - рухавік унутранага згарання, але ён узмоцнены электрычнай сістэмай з адным ці некалькімі электраматорамі і дадатковым акумулятарам.

На сённяшні дзень прымяняецца некалькі катэгорый гібрыдаў. Адны толькі дапамагаюць ДВС на старце, іншыя дазваляюць ездзіць, выкарыстоўваючы электрацягу. Разгледзім асаблівасці такіх сілавых установак: у чым іх розніца, як яны працуюць, а таксама асноўныя плюсы і мінусы гібрыдаў.

Гісторыя гібрыдных рухавікоў

Ідэя ў стварэнні гібрыдных аўтамабіляў (або мешанкі паміж класічным аўто і электрамабілем) абумоўлена падаражэннем паліва, узмацненнем жорсткасці нормаў на аўтамабільныя выкіды і забеспячэннем большага камфорту пры кіраванні МС.

Распрацоўкай змяшанай сілавы ўстаноўкі ўпершыню занялася французская кампанія Parisienne de voitures electriques. Аднак першым працаздольным гібрыдным аўтамабілем апынулася тварэнне Фердынанда Паршэ. У сілавы ўстаноўцы Lohner Electric Chaise рухавік унутранага згарання служыў у якасці генератара для электрычнасці, ад якога працавалі пярэднія два электраматора (устаноўлены непасрэдна на колы).

Транспартны сродак было прадстаўлена публіцы ў 1901г. Усяго было прададзена каля 300 асобнікаў такіх аўтамабіляў. Мадэль апынулася вельмі практычнай, але дарагі ў вытворчасці, таму радавому аўтааматару такі транспартны сродак было не па кішэні. Больш за тое, у той час з'явіўся больш танны і не менш практычны аўтамабіль, распрацаваны канструктарам Генры Фордам.

Класічныя бензінавыя сілавыя агрэгаты прымусілі распрацоўшчыкаў на многія дзесяцігоддзі пакінуць ідэю ў стварэнні гібрыдаў. Цікавасць да «зялёным» транспарце ўзрос з прыняццем Законапраекта пра заахвочванне ў выкарыстанні электратранспарту жыхарамі Злучаных Штатаў. Ён быў прыняты ў 1960г.

Па збегу абставінаў ў 1973 годзе выліўся сусветны нафтавай крызіс. Калі законы ЗША ня заахвоцілі вытворцаў задумацца над распрацоўкай даступных экалагічных аўто, то крызіс прымусіў іх гэта зрабіць.

Першая паўнавартасная гібрыдная сістэма, асноўны прынцып якой выкарыстоўваецца да гэтага часу, была распрацавана кампаніяй TRW ў 1968г. Згодна з канцэпцыяй, разам з электраматорам можна было выкарыстоўваць ДВС меншага аб'ёму, але пры гэтым магутнасць машыны не гублялася, а праца стала нашмат плыўней.

Прыкладам паўнавартаснага гібрыднага аўтамабіля з'яўляецца GM 512 Hybrid. Ён працаваў ад электраматора, які разганяў МС да 17 км / г. На гэтай хуткасці актываваўся ДВС, узмацняючы прадукцыйнасць сістэмы, дзякуючы чаму хуткасць аўто павышалася да 21 км / г. Калі была неабходнасць ехаць хутчэй, электраматор адключаўся, і машына разганялася ўжо на бензінавым маторы. Мяжою хуткасці быў паказчык у 65 км / ч.

VW Taxi Hybrid - яшчэ адзін паспяховы асобнік гібрыднага аўто, быў прадстаўлены грамадскасці ў 1973г.

Да гэтага часу аўтавытворцы спрабуюць вывесці гібрыдныя і цалкам электрычныя сістэмы на ўзровень, што зрабіла б іх канкурэнтна здольнымі ў параўнанні з класічнымі ДВС. Хоць гэтага яшчэ не адбылося, многія распрацоўкі апраўдалі выдаткаваныя на іх распрацоўку мільярды даляраў.

З пачаткам трэцяга тысячагоддзя чалавецтва ўбачыла навінку пад назвай Toyota Prius. Дзецішча японскага вытворцы стала сінонімам паняцця "гібрыдны аўтамабіль». Многія сучасныя распрацоўкі запазычаныя ў дадзенай распрацоўкі. На сённяшні дзень створана вялікая колькасць мадыфікацый камбінаваных установак, што дазваляе пакупніку выбраць для сябе аптымальны варыянт.

Прынцып працы гібрыдных аўтамабіляў

Не варта блытаць гібрыдны матор з паўнавартасным электрамабілем. Электраўстаноўкі задзейнічаецца ў некаторых выпадках. Напрыклад, у гарадскім рэжыме, калі машына стаіць у корку, выкарыстанне рухавіка ўнутранага згарання прыводзіць да яго перагрэву, а таксама да павышэння ўзроўню забруджвання паветра. Для падобных сітуацый актывуюць электрычную ўстаноўку.

Па канструкцыі гібрыд складаецца з:

• Асноўнага сілавога агрэгата. Гэта бензінавы або дызельны рухавік.
• Электрычнага матора. У залежнасці ад мадыфікацыі іх можа быць некалькі. Па прынцыпе дзеяння яны таксама могуць быць рознымі. Напрыклад, адны могуць выкарыстоўвацца ў якасці дадатковага прывада для колаў, а іншыя - як памочнік рухавіку пры старце машыны з месца.
• Дадатковай батарэі. У некаторых аўтамабілях яна мае невялікую ёмістасць, запасу энергіі якой дастаткова для актывацыі на непрацяглы перыяд электраўстаноўкі. У іншых гэты элемент харчавання мае вялікую ёмістасць, каб транспарт мог свабодна перасоўвацца ад электрычнасці.
• Электроннай сістэмы кіравання. Складаныя датчыкі кантралююць працу ДВС і аналізуюць паводзіны машыны, на падставе чаго актывуецца / дэактывуе электраматор.
• Інвертар. Гэта пераўтваральнік патрэбнай энергіі, якая ідзе ад акумулятара на трохфазны электраматор. Дадзены элемент таксама размяркоўвае нагрузку на розныя вузлы ў залежнасці ад мадыфікацыі ўстаноўкі.
• Генератара. Без гэтага механізму немагчымая падзарадка асноўны або дадатковай батарэі. Як і ў звычайных аўтамабілях, генератар прыводзіцца ў рух дзякуючы працы ДВС.
• Сістэмы рэкуперацыі. Большасць сучасных гібрыдаў абсталёўваюцца такой сістэмай. Яна «збірае» дадатковую энергію ад такіх вузлоў аўтамабіля, як тармазная сістэма і шасі (калі аўто рухаецца накатам, напрыклад з горкі, пераўтваральнік збірае вызваляецца энергія ў батарэю).

Сілавыя агрэгаты гібрыднай ўстаноўкі могуць працаваць як паасобку, так і ў пары.

схемы працы

Існуюць некалькі паспяховых схемаў працы гібрыдаў. Адрозніваюць тры асноўныя:

• паслядоўная;
• паралельная;
• паслядоўна-паралельная.

паслядоўная схема

У дадзеным выпадку ДВС выкарыстоўваецца ў якасці генератара электрычнасці для працы электраматораў. Па сутнасці, бензінавы або дызельны рухавік не мае прамой сувязі з трансмісіяй аўто.

Дадзеная сістэма дазваляе ўсталёўваць у подкапотное прастору маламагутныя рухавікі з невялікім аб'ёмам. Іх асноўная задача - прыводзіць у дзеянне генератар напружання.

Такія аўтамабілі часта абсталёўваюцца сістэмай рэкуперацыі, дзякуючы якой механічная і кінэтычная энергія пераўтворыцца ў электрычны ток для падзарадкі батарэі. У залежнасці ад памераў АКБ аўто можа пераадольваць некаторую адлегласць выключна на электротяге без выкарыстання ДВС.

Самы вядомы прыклад гібрыдаў дадзенай катэгорыі - Chevrolet Volt. Яго можна зараджаць, як звычайны электрамабіль, але дзякуючы наяўнасці матора, які працуе ад бензіну, запас ходу значна павялічваецца.

паралельная схема

У паралельных устаноўках ДВС і электраматор працуюць у пары. Задача электрычнага рухавіка - змяншаць нагрузкі на асноўнай агрэгат, што прыводзіць да значнай эканоміі паліва.

Калі адключыць ДВС ад трансмісіі, машына здольная пераадольваць пэўную адлегласць ад электротяге. Але асноўная задача электрычнай часткі - забяспечваць плыўнасць паскарэння МС. Асноўным сілавым агрэгатам у такіх мадыфікацыях з'яўляецца бензінавы (або дызельны) матор.

Калі аўто запавольваецца або рухаецца ад працы ДВС, электраматор выступае ў ролі генератара для падзарадкі батарэі. Дзякуючы працы ад рухавіка ўнутранага згарання ў такіх аўтамабілях не патрабуецца высакавольтная АКБ.

У адрозненне ад гібрыдаў з паслядоўнай схемай, дадзеныя ўстаноўкі маюць большы расход паліва, так як электраматор не выкарыстоўваецца ў якасці асобнага сілавога агрэгата. У некаторых мадэлях, напрыклад, у BMW 350E iPerformance электраматор інтэграваны ў скрынку перадач.

Асаблівасцю дадзенай схемы работы з'яўляецца высокі паказчык крутоўнага моманту пры невялікіх абарачэннях коленвала.

Паслядоўна-паралельная схема

Дадзеная схема была распрацавана японскімі інжынерамі. Называецца яна HSD (Hybrid Synergy Drive). Па сутнасці, яна спалучае ў сабе функцыі першых двух тыпаў працы сілавых установак.

Калі аўтамабілю трэба стартаваць або павольна рухацца ў тянучке, задзейнічаецца электраматор. Для эканоміі энергіі на высокай хуткасці падключаецца бензінавы глей дызельны (у залежнасці ад мадэлі МС) рухавік.

Калі трэба рэзка паскорыцца (напрыклад, пры абгоне) або аўто едзе ў гару, сілавая ўстаноўка працуе ў паралельным рэжыме - электраматор дапамагае ДВС, што зніжае нагрузку на яго, і, як следства - эканоміць расход паліва.

Планетарнае злучэнне аўтамабільнага рухавіка ўнутранага згарання частка магутнасці перадае на галоўную перадачу трансмісіі, а частка - на генератар для падзарадкі акумулятара або электрапрывада. У такой схеме усталёўваецца складаная электроніка, якая размяркоўвае энергію ў адпаведнасці з сітуацыяй.

Самы яркі прадстаўнік гібрыд з паслядоўна-паралельнай схемай сілавога агрэгата з'яўляецца Toyota Prius. Аднак, некаторыя мадыфікацыі вядомых мадэляў японскай вытворчасці ўжо атрымалі такія ўстаноўкі. Прыкладам таму служыць Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Дадзеную тэхналогію таксама купілі некаторыя амерыканскія канцэрны. Напрыклад, распрацоўка атрымала сваё ўжыванне ў Ford Escape Hybrid.

Тыпы гібрыдных агрэгатаў

Усе гібрыдныя сілавыя агрэгаты падзяляюцца на тры тыпу:

• мяккагібрыдны;
• сярэднегібрыдны;
• поўнагібрыдны.

Кожны з іх мае сваю функцыю, а таксама унікальныя характарыстыкі.

Микрогибридный сілавы агрэгат

Такія сілавыя ўстаноўкі нярэдка абсталёўваюцца сістэмай рэкуперацыі, каб кінэтычная энергія ператваралася ў электрычную і вярталася ў батарэю.

Прывадны механізм у іх - стартар (можа таксама выконваць функцыю генератара). Электрычнага прывада колаў у такіх устаноўках няма. Схема выкарыстоўваецца пры частых стартах ДВС.

Среднегибридный сілавы агрэгат

Такія машыны таксама не перасоўваюцца за кошт электраматора. Электраматор у дадзеным выпадку служыць у якасці памочніка асноўнаму сілавога агрэгата пры павелічэнні нагрузкі.

Такія сістэмы таксама абсталёўваюцца сістэмай рэкуперацыі, збіраючы свабодную энергію назад у акумулятар. Среднегибридные агрэгаты забяспечваюць вялікую эфектыўнасць цеплавога рухавіка.

Полногибридный сілавы агрэгат

У такіх устаноўках маецца генератар высокай магутнасці, які прыводзіцца ў рух ад ДВС. Сістэма актывуецца на малых хуткасцях транспартнага сродку.

Эфектыўнасць сістэмы выяўляецца пры наяўнасці функцыі «Start / Stop», калі машына павольна перасоўваецца ў корку, але на святлафоры трэба рэзка паскорыцца. Асаблівасцю полногибридной ўстаноўкі з'яўляецца магчымасць адключыць ДВС (выключаецца счапленне) і ехаць на электраматоры.

Класіфікацыя па ступені электрыфікацыі

У тэхнічнай дакументацыі або ў назве мадэлі аўтамабіля могуць прысутнічаць такія тэрміны:

• мікрагібрыд;
• мяккі гібрыд;
• поўны гібрыд;
• plug-in гібрыд.

Мікрагібрыд

У такіх аўтамабілях усталёўваецца звычайны рухавік. Яны не маюць электрычнага прывада. Такія сістэмы альбо абсталёўваюцца функцыяй «старт / стоп», альбо абсталёўваюцца рэкуперацыйнае тармазной сістэмай (пры тармажэнні адбываецца дадатковая падзарадка акумулятара).

Некаторыя мадэлі абсталёўваюцца абедзвюма сістэмамі. Некаторыя спецыялісты лічаць, што такі транспарт не лiчыцца гібрыдным транспартам, таму што ў ім выкарыстоўваецца толькі бензінавы або дызельны сілавы агрэгат без інтэграцыі ў сістэму электрапрывада.

мяккі гібрыд

Такія машыны таксама не перасоўваюцца за кошт электрычнасці. У іх таксама выкарыстоўваецца цеплавой рухавік, як і ў папярэдняй катэгорыі. За адным выключэннем - ДВС падтрымліваецца электрычнай устаноўкай.

У такіх мадэлях няма махавік. Яго функцыю выконвае электрычны стартар-генератар. Электрасістэмах павялічвае аддачу маламагутнага матора пры рэзкім паскарэнні.

поўны гібрыд

Пад дадзенымі транспартнымі сродкамі маюцца на ўвазе машыны, здольныя пераадольваць некаторы адлегласць на электротяге. У такіх мадэлях можа выкарыстоўвацца любая схема падлучэння, згаданая вышэй.

Такія гібрыды ня зараджаецца ад сеткі. Батарэя папаўняецца энергіяй за кошт працы рэкуперацыйнае тармазной сістэмы і генератара. Адлегласць, якое можна пераадолець на адным зарадзе, залежыць ад ёмістасці батарэі.

Гібрыды-убудовы

Такія аўтамабілі могуць функцыянаваць, як электрамабіль, так і працаваць ад ДВС. Дзякуючы сукупнасці двух сілавых установак забяспечваецца прыстойная эканомія паліва.

Бо фізічна немагчыма ўсталяваць аб'ёмны акумулятар (у электрамабілях ён займае месца бензабака), на адным зарадзе такі гібрыд можа пераадолець да 50 км без падзарадкі.

Перавагі і недахопы гібрыдных аўто

На дадзены момант гібрыд можна лічыць пераходным звяном ад цеплавога матора да экалагічна чыстага электрычнаму аналагу. Хоць канчатковая мэта яшчэ не дасягнутая, дзякуючы ўкараненню сучасных інавацыйных распрацовак назіраецца станоўчая тэндэнцыя ў развіцці электратранспарту.

Так як гібрыды з'яўляюцца пераходным варыянтам, то яны маюць як станоўчыя, так і адмоўныя моманты. Да плюсаў адносяцца:

• Эканомія паліва. У залежнасці ад схемы працы сілавой пары гэты паказчык можа павялічыцца да 30% і больш.
• Падзарадка без выкарыстання электрасеткі. Гэта стала магчымым дзякуючы сістэме рэкуперацыі кінэтычнай энергіі. Хоць, поўная зарадка не адбываецца, калі інжынеры змогуць удасканаліць пераўтварэнне, то электрамабілі наогул перастануць мець патрэбу ў разетцы.
• Магчымасць ўсталёўваць матор меншага аб'ёму і магутнасці.
• Электроніка нашмат эканамічней, чым механіка, размяркоўвае паліва.
• Менш пераграваецца рухавік, а таксама расходуецца паліва пры руху ў корках.
• Сукупнасць бензінавага / дызельнага і электрычнага рухавікоў дазваляе працягнуць рух, калі высокомощный акумулятар разрадзіўся.
• Дзякуючы працы электраматора ДВС можа працаваць больш стабільна і менш шумна.

У гібрыдных установак маецца таксама прыстойны спіс недахопаў:

• АКБ хутчэй прыходзіць у непрыдатнасць з-за вялікай колькасці цыклаў зарада / разраду (нават у сістэмах мяккага гібрыд);
• Батарэя нярэдка цалкам разряжается;
• Дэталі на такія аўтамабілі досыць дарагія;
• Самастойны рамонт практычна немагчымы, бо для гэтага патрабуецца складанае электроннае абсталяванне;
• У параўнанні з мадэлямі на бензінавым або дызельным рухавіку гібрыды каштуюць на некалькі тысяч даляраў даражэй;
• Рэгулярнае тэхабслугоўванне больш дарагое;
• Складаная электроніка патрабуе ўважлівага звароту, а якія ўзніклі памылкі часам могуць перапыніць доўгае падарожжа;
• Складана знайсці спецыяліста, які змог бы правільна наладзіць працу сілавых установак. З-за гэтага прыходзіцца звяртацца да паслуг дарагіх прафесійных атэлье;
• АКБ не пераносяць значных тэмпературных ваганняў і самі разряжаются.
• Нягледзячы на ​​экалагічнасць ў працэсе працы электраматора, вытворчасць і ўтылізацыя батарэй моцна забруджвае навакольнае асяроддзе.

Каб гібрыды і электрамабілі склалі сапраўдную канкурэнцыю рухавікоў унутранага згарання, патрабуецца ўдасканаленне крыніц харчавання (каб яны назапашвалі больш энергіі, але пры гэтым былі не моцна аб'ёмнымі), а таксама сістэм хуткай падзарадкі без шкоды для АКБ.

Пытанні і адказы:

Што такое гібрыдны транспартны сродак? Гэта такі транспартны сродак, у якім для яго руху задзейнічаецца больш за адзін сілавога агрэгата. Галоўным чынам гэта сумесь электракара і аўта з класічным ДВС.

Чым адрозніваецца гібрыд ад звычайнай машыны? Гібрыднае аўта валодае перавагамі электракара (бясшумная праца матора і язда без задзейнічання паліва), але калі зарад батарэі падае, задзейнічаецца асноўны сілавы агрэгат (бензінавы).