С сентября 2006 года серийно выпускается БМВ 3-й серии купе (Е92). Невзирая на свое техническое родство с седаном и Touring, купе БМВ 3-й серии имеет
Аш длительный тест Range Rover Sport Supercharged подошел к концу. Первая хорошая новость: машину не угнали! Вторая: несмотря на соблазн, за
Audi E-tron, представленный на автосалоне в Детройте в январе 2010 года, совсем не то же самое, что E-tron, который выставлялся осенью на IAA 2009 во
В зимнее время года при морозной погоде аккумулятор автомобиля испытывает нагрузку намного больше, чем в летнее время. Автовладельцами замеченны
Эта модель расширяет присутствие компании SEAT в сегменте рынка престижных автомобилей. Toledo - первый автомобиль компании дизайн которого выполнен
В 2000 г. семейство японских Corolla лишь обновилось. Спрос на эти машины падал и классическая Corolla уже не устраивала японских покупателей. Как
Skoda Octavia - это современный переднеприводной автомобиль с поперечным расположением двигателя. На нём может стоять один из пяти моторов концерна
Дебют серийной модели PT Cruiser состоялся в 1999 году в Детройте. Компании Chrysler удалось зацепить ностальгическую струну в душе каждого простого
Компания сыграла на контрасте, представив одновременно две модели, совершенно противоположные по идеологии: сверхэкономичный лимузин-гибрид А8 и
Toyota Tundra (Тойота Тундра) проектировался как грузовик. Мощный двигатель, основательная рама и большая грузоподъемность... вот что отличает этот
- Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки 1. Загальний опис силової установки
- 2. Схеми роботи
- 3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
- 3.2. екологічна чистота
- 3.3. Хороші ходові характеристики
- 3.4. Збільшення дальності пробігу
- 3.5. Збереження і повторне використання енергії
- 3.6. Звичайна заправка паливом
- 4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
- 4.2. Утилізація акумуляторів
- 4.3. Висока вартість деяких моделей.
- Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
- 2. Схеми роботи
- 3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
- 3.2. екологічна чистота
- Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
- 2. Схеми роботи
- 3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
- 3.2. екологічна чистота
- Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
- 2. Схеми роботи
- 3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
- 3.2. екологічна чистота
- 3.3. Хороші ходові характеристики
- 3.4. Збільшення дальності пробігу
- 3.5. Збереження і повторне використання енергії
- 3.6. Звичайна заправка паливом
- 4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
- 4.2. Утилізація акумуляторів
- 4.3. Висока вартість деяких моделей.
- Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
- 2. Схеми роботи
- 3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
- 3.2. екологічна чистота
- 3.3. Хороші ходові характеристики
- 3.4. Збільшення дальності пробігу
- 3.5. Збереження і повторне використання енергії
- 3.6. Звичайна заправка паливом
- 4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
- 4.2. Утилізація акумуляторів
- 4.3. Висока вартість деяких моделей.
Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки 1. Загальний опис силової установки
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледь-ледь встигає за пропонованими до них вимогами. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужному і економічному моторі, з іншого - екологи, що посилюють норми токсичності. А на завершення - геологи, все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВС і електродвигуна. На відміну від електромобілів і автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 року випускаються серійно.
Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС і електромобіль. Звичайний автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким об'ємом шкідливих речовин . Заправних станцій предостатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати на одному заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих в наш час «електричних» машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВС і електричного. Гідність першого - в зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого - в видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і «розкручувати». Він може «стояти і чекати" не споживаючи енергії. Але як тільки дали струм, відразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніше двигуна внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, більш ефективний на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВС крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, в свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких розгінних навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, по-російськи, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом, електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси - менший знос, екологічність і економічність (особливо в міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки і об'єднуються гідності двох моторів. Але .., рано плескати в долоні, і послухаємо, що говорять скептики.
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморазряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А «економність» гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, існує проблема утилізації використаних акумуляторів. Гібриди дорожче в ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність і економічність гібридів багато теж ставлять під сумнів. Так, ряд тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показав, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж в змішаному циклі незначно, а за містом істотно програють сучасним дизелів. Почесне звання «Найбільш екологічний автомобіль року» в 2007 і 2008 роках присуджувалася також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як влаштовані гібриди.
За ступенем гібридизації їх ділять на «помірні», «повні» і plug-in. «Повний» в змозі рухатися лише на електриці, що не споживаючи палива. «Помірний» завжди задіює ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид з підзарядкою (plug-in hybrid) - такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшого недоліку: обмежений пробіг на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється в звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної і паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.
2. Схеми роботи
2.1. послідовна схема
Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а вироблювана останнім електроенергія заряджає акумуляторну батарею і живить електродвигун, який і обертає провідні колеса. Це позбавляє від необхідності в коробці передач і зчепленні. Для підзарядки акумулятора також використовується рекуперативного гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче втрачається. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або ж його можна зовсім відключити. При відключенні ДВС електродвигун і батарея в змозі забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, повинні бути більш потужними, а, значить, вони мають і велику вартість. Найбільш ефективна послідовна схема при русі в режимі частих зупинок, гальмувань і прискорень, рух на низькій швидкості, тобто в місті. Тому використовують її в міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий крутний момент на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.
2.2.Параллельная схема
Тут провідні колеса приводяться в рух і ДВС, і електродвигуном (який повинен бути оборотним, тобто може працювати в якості генератора). Для їх узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне управління. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигуну доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється в залежності від умов руху: в перехідних режимах (старт, прискорення) в допомогу ДВС підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, в паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею, в порівнянні з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то і втрати потужності значно менше, ніж в послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса і заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні в місті. Незважаючи на простоту реалізації цієї схеми, вона не дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, так і ефективність використання ДВС.
Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їх гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає, перш за все, створення бензинового двигуна зі збільшеним ККД. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, на допомогу йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижче. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність і додаткової батареї для електромотора. Коли автомобіль з звичайним бензиновим двигуном сповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором мотора (гальмування двигуном) або розсіюється у вигляді тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль з системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електромотор працює як генератор, виробляючи електрику. Збережена при гальмуванні енергія запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкрутку електромотора, який знову перейде на свої тягові функції. А витрата бензину зменшиться рівно настільки, скільки енергії було припасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, в компанії Honda вважають, що гібридна система повинна бути максимально простою, електричний мотор виконує лише одну функцію - допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якомога більше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight і Civic.
2.3.Последовательно-паралельна схема
Компанія «Тойота» при створенні гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) об'єднує в собі особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор і дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях і при русі з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух в гору і т.п.) електродвигун додатково підживлюється від акумулятора-тобто гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс і при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а іншу частину на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВС використовується тільки в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижче, ніж в паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює по циклу Аткінсона, а не по циклу Отто, як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована по циклу Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування в нього повітря і палива. При цьому в режимі малих оборотів, коли дросельна заслінка майже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснуті ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. В ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно теряется- це так зв. втрати випуску.
У двигуні Аткінсона на такті впуску впускний клапан закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, тому що частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор (і використовується потім в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює по так зв. циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто, зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо найкращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор тойотовского гібрида функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не грає великої ролі.
До недоліків послідовно- паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, з огляду на те, що він потребує окремого генераторі, більшому блоці батарей, і більш продуктивної і складної комп'ютерної системи управління.
Система HSD встановлюється на хетчбек Toyota Prius, седан бізнес-класу Camry, позашляховика Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h і автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Тойота куплено компаніями Форд і Ніссан і використано при створенні Ford Escape Hybrid і Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує по продажах серед всіх гібридів. Витрата бензину в місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива при русі в місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна зробити висновок, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це швидше проміжний етап на шляху до майбутньої машині з нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - ємні компактні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузова. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку досить буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі - а потім їздити цілий день без підзарядки.
3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
3.1. Економна експлуатація
Економна експлуатація - головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто зрівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість, здатність до швидкого розгону, і безліч інших, дуже важливих характеристик, закладених в сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, в тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радості», наприклад, менший знос гальмівних колодок.
Як була досягнута економія:
-зниженням об'єму і потужності двигуна;
-робота двигуна в оптимальному і рівномірному режимі, в набагато меншій залежності від умов їзди;
-повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;
-можливість руху тільки на електродвигунах;
-рекуператівное гальмування з зарядкою акумулятора.
Вся ця система до такого ступеня складна, що стала можлива повною мірою тільки в сучасних умовах, із застосуванням досить непростих алгоритмів роботи бортового комп'ютера. Навіть правильне і ефективне (з точки зору безпеки) гальмування управляється бортовим комп'ютером.
3.2. екологічна чистота
Зниження витрати вуглецевого палива, негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів в місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і перш за все в пробках, має саму першорядну роль. Застосування ж акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизила проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті, і для вантажних автомобілів, ще більше поліпшить екологічну обстановку міст.
3.3. Хороші ходові характеристики
Тепер немає необхідності встановлюваті двигун з розрахунку піковіх НАВАНТАЖЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЇ. У момент, коли необхідне різке Посилення тягового НАВАНТАЖЕННЯ, в роботу включаються одночасно як електро-, так и звичайний двигун (а в Деяк моделях и додатковий електродвигун). Це дозволяє заощадіті на установці Менш потужного двигуна внутрішнього згоряння, что працює Основний час в найбільш сприятливі для себе режімі. Таке рівномірне перерозподіл и Накопичення потужності, з подалі Швидко Використання, дозволяє використовуват гібрідні установки в автомобілях спортивного класу и позашляховик. Незважаючі на ті, что електродвигуни ма ють Досить сильним крутним моментом в перерахунку на масу и габарити двигуна, в порівнянні з іншімі двигун, розробник все ж в ряді моделей встановлюються НЕ Надто потужні електродвигуни, зменшуючі їх габарити. При цьому, з метою підсумовування потужностей, застосовуються комбіновані схеми передачі крутного моменту, з прямою передачею механічного крутного моменту, безпосередньо від двигуна. Така схема називається «гибридно-спільний привід».
3.4. Збільшення дальності пробігу
Час - це найцінніший ресурс для людини. Виняток половини заїздів на заправні станції, і навіть більшої кількості таких заїздів, при їзді по місту, вивільняє у автовласника деяку кількість часу для інших великих і важливих справ.
3.5. Збереження і повторне використання енергії
Усунутий головний недолік двигуна на вуглецевому паливі - неможливість повернення енергії назад в вуглецеве паливо. Інженери з транспорту давно намагалися зберегти енергію руху при гальмуванні, щоб її повторно використовувати. Наприклад, застосовувалися спеціальні конструкції з великим маховиком. Але тільки електричну енергію вдається зберегти з самими мінімальними втратами і максимально дешево. Як накопичувач застосовуються як акумулятори, так і спеціальні конденсатори.
3.6. Звичайна заправка паливом
У електромобілів поки є один великий недолік - необхідність зарядки акумулятора. Процес довгий, і вимагає деякого спеціально обладнаного пункту зарядки. Таким чином він стає непридатним для тривалих і далеких поїздок. Але вже розроблені технології, що дозволяють заряджати літій-іонні акумулятори з електродами з наноматеріалів до 80% ємності за 5-15 хвилин.
У гібридного автомобіля цей недолік усунуто. Заправка здійснюється за звичною схемою, звичайним вуглецевим паливом, тоді, коли це необхідно, і подальший рух можна негайно продовжити.
У міському циклі експлуатації гібридний автомобіль 80% часу працює в режимі електромобіля. У лютому 2006 року автолюбителі з США змогли зламати електронну систему управління Toyota Prius, і навчилися примусово перемикати автомобіль в режим електромобіля. Французька компанія PSA Peugeot Citroen до 2010 року почне серійне виробництво гібридних версій Peugeot 307 і Citroen C4. В автомобілях передбачений режим електромобіля на швидкостях менше 50 км / год. Водій може за бажанням включати режим електромобіля.
4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
4.1. висока складність
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, схильні до саморазряду. Крім того, вони дорожче в ремонті. Досвід автоіндустрії США говорить про те, що автомеханіки беруться за ремонт гібридних автомобілів з великим небажанням. США намагаються вирішити проблему дорожнечі податковими пільгами.
Далеко не всі великі автовиробники змогли створити власну гібридну систему. Компанія Porsche відмовилася від спроб самостійного виробництва гібридного автомобіля. Компанія Mitsubishi спочатку не намагалася створити гібридний автомобіль, а сконцентрувала всі свої зусилля на розробці електромобілів. Найбільш вдала на сьогодні серійна розробка - Hybrid Synergy Drive (вимовляється [ха? Йбрід сі? Неджи драйв]) компанією Toyota.
4.2. Утилізація акумуляторів
Гібридні автомобілі, як і електромобілі, хоч і в меншому ступені, схильні до проблеми утилізації акумуляторів. Вплив викидаються акумуляторів на навколишнє середовище, мабуть, ніхто не досліджував. Але ж воно може бути небезпечним.
4.3. Висока вартість деяких моделей.
Природно складність і "нетрадиційність" створення деяких моделей тягне за собою збільшення ціни на автомобілі.
Статті по темі:
1. Карбюраторний двигун, робота карбюратора, пристрій карбюратора;
2. Дизельний двигун;
3. Інжекторниє системи автомобілів;
4. Пристрій і принцип дії двотактного двигуна внутрішнього згоряння ;
5. Чотиритактний двигун, пристрій і принцип роботи
Джерело - http: //www.avtonov.svoi
Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
1. Загальний опис силової установки
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледь-ледь встигає за пропонованими до них вимогами. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужному і економічному моторі, з іншого - екологи, що посилюють норми токсичності. А на завершення - геологи, все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВС і електродвигуна. На відміну від електромобілів і автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 року випускаються серійно.
Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС і електромобіль. Звичайний автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким об'ємом шкідливих речовин . Заправних станцій предостатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати на одному заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих в наш час «електричних» машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВС і електричного. Гідність першого - в зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого - в видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і «розкручувати». Він може «стояти і чекати" не споживаючи енергії. Але як тільки дали струм, відразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніше двигуна внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, більш ефективний на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВС крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, в свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких розгінних навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, по-російськи, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом, електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси - менший знос, екологічність і економічність (особливо в міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки і об'єднуються гідності двох моторів. Але .., рано плескати в долоні, і послухаємо, що говорять скептики.
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморазряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А «економність» гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, існує проблема утилізації використаних акумуляторів. Гібриди дорожче в ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність і економічність гібридів багато теж ставлять під сумнів. Так, ряд тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показав, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж в змішаному циклі незначно, а за містом істотно програють сучасним дизелів. Почесне звання «Найбільш екологічний автомобіль року» в 2007 і 2008 роках присуджувалася також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як влаштовані гібриди.
За ступенем гібридизації їх ділять на «помірні», «повні» і plug-in. «Повний» в змозі рухатися лише на електриці, що не споживаючи палива. «Помірний» завжди задіює ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид з підзарядкою (plug-in hybrid) - такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшого недоліку: обмежений пробіг на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється в звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної і паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.
2. Схеми роботи
2.1. послідовна схема
Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а вироблювана останнім електроенергія заряджає акумуляторну батарею і живить електродвигун, який і обертає провідні колеса. Це позбавляє від необхідності в коробці передач і зчепленні. Для підзарядки акумулятора також використовується рекуперативного гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче втрачається. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або ж його можна зовсім відключити. При відключенні ДВС електродвигун і батарея в змозі забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, повинні бути більш потужними, а, значить, вони мають і велику вартість. Найбільш ефективна послідовна схема при русі в режимі частих зупинок, гальмувань і прискорень, рух на низькій швидкості, тобто в місті. Тому використовують її в міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий крутний момент на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.
2.2.Параллельная схема
Тут провідні колеса приводяться в рух і ДВС, і електродвигуном (який повинен бути оборотним, тобто може працювати в якості генератора). Для їх узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне управління. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигуну доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється в залежності від умов руху: в перехідних режимах (старт, прискорення) в допомогу ДВС підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, в паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею, в порівнянні з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то і втрати потужності значно менше, ніж в послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса і заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні в місті. Незважаючи на простоту реалізації цієї схеми, вона не дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, так і ефективність використання ДВС.
Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їх гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає, перш за все, створення бензинового двигуна зі збільшеним ККД. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, на допомогу йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижче. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність і додаткової батареї для електромотора. Коли автомобіль з звичайним бензиновим двигуном сповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором мотора (гальмування двигуном) або розсіюється у вигляді тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль з системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електромотор працює як генератор, виробляючи електрику. Збережена при гальмуванні енергія запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкрутку електромотора, який знову перейде на свої тягові функції. А витрата бензину зменшиться рівно настільки, скільки енергії було припасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, в компанії Honda вважають, що гібридна система повинна бути максимально простою, електричний мотор виконує лише одну функцію - допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якомога більше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight і Civic.
2.3.Последовательно-паралельна схема
Компанія «Тойота» при створенні гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) об'єднує в собі особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор і дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях і при русі з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух в гору і т.п.) електродвигун додатково підживлюється від акумулятора-тобто гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс і при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а іншу частину на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВС використовується тільки в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижче, ніж в паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює по циклу Аткінсона, а не по циклу Отто, як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована по циклу Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування в нього повітря і палива. При цьому в режимі малих оборотів, коли дросельна заслінка майже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснуті ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. В ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно теряется- це так зв. втрати випуску.
У двигуні Аткінсона на такті впуску впускний клапан закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, тому що частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор (і використовується потім в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює по так зв. циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто, зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо найкращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор тойотовского гібрида функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не грає великої ролі.
До недоліків послідовно- паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, з огляду на те, що він потребує окремого генераторі, більшому блоці батарей, і більш продуктивної і складної комп'ютерної системи управління.
Система HSD встановлюється на хетчбек Toyota Prius, седан бізнес-класу Camry, позашляховика Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h і автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Тойота куплено компаніями Форд і Ніссан і використано при створенні Ford Escape Hybrid і Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує по продажах серед всіх гібридів. Витрата бензину в місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива при русі в місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна зробити висновок, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це швидше проміжний етап на шляху до майбутньої машині з нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - ємні компактні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузова. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку досить буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі - а потім їздити цілий день без підзарядки.
3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
3.1. Економна експлуатація
Економна експлуатація - головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто зрівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість, здатність до швидкого розгону, і безліч інших, дуже важливих характеристик, закладених в сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, в тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радості», наприклад, менший знос гальмівних колодок.
Як була досягнута економія:
-зниженням об'єму і потужності двигуна;
-робота двигуна в оптимальному і рівномірному режимі, в набагато меншій залежності від умов їзди;
-повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;
-можливість руху тільки на електродвигунах;
-рекуператівное гальмування з зарядкою акумулятора.
Вся ця система до такого ступеня складна, що стала можлива повною мірою тільки в сучасних умовах, із застосуванням досить непростих алгоритмів роботи бортового комп'ютера. Навіть правильне і ефективне (з точки зору безпеки) гальмування управляється бортовим комп'ютером.
3.2. екологічна чистота
Зниження витрати вуглецевого палива, негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів в місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і перш за все в пробках, має саму першорядну роль. Застосування ж акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизила проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті, і для вантажних автомобілів, ще більше поліпшить екологічну обстановку міст.
Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
1. Загальний опис силової установки
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледь-ледь встигає за пропонованими до них вимогами. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужному і економічному моторі, з іншого - екологи, що посилюють норми токсичності. А на завершення - геологи, все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВС і електродвигуна. На відміну від електромобілів і автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 року випускаються серійно.
Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС і електромобіль. Звичайний автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким об'ємом шкідливих речовин . Заправних станцій предостатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати на одному заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих в наш час «електричних» машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВС і електричного. Гідність першого - в зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого - в видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і «розкручувати». Він може «стояти і чекати" не споживаючи енергії. Але як тільки дали струм, відразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніше двигуна внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, більш ефективний на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВС крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, в свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких розгінних навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, по-російськи, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом, електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси - менший знос, екологічність і економічність (особливо в міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки і об'єднуються гідності двох моторів. Але .., рано плескати в долоні, і послухаємо, що говорять скептики.
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморазряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А «економність» гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, існує проблема утилізації використаних акумуляторів. Гібриди дорожче в ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність і економічність гібридів багато теж ставлять під сумнів. Так, ряд тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показав, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж в змішаному циклі незначно, а за містом істотно програють сучасним дизелів. Почесне звання «Найбільш екологічний автомобіль року» в 2007 і 2008 роках присуджувалася також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як влаштовані гібриди.
За ступенем гібридизації їх ділять на «помірні», «повні» і plug-in. «Повний» в змозі рухатися лише на електриці, що не споживаючи палива. «Помірний» завжди задіює ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид з підзарядкою (plug-in hybrid) - такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшого недоліку: обмежений пробіг на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється в звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної і паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.
2. Схеми роботи
2.1. послідовна схема
Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а вироблювана останнім електроенергія заряджає акумуляторну батарею і живить електродвигун, який і обертає провідні колеса. Це позбавляє від необхідності в коробці передач і зчепленні. Для підзарядки акумулятора також використовується рекуперативного гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче втрачається. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або ж його можна зовсім відключити. При відключенні ДВС електродвигун і батарея в змозі забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, повинні бути більш потужними, а, значить, вони мають і велику вартість. Найбільш ефективна послідовна схема при русі в режимі частих зупинок, гальмувань і прискорень, рух на низькій швидкості, тобто в місті. Тому використовують її в міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий крутний момент на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.
2.2.Параллельная схема
Тут провідні колеса приводяться в рух і ДВС, і електродвигуном (який повинен бути оборотним, тобто може працювати в якості генератора). Для їх узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне управління. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигуну доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється в залежності від умов руху: в перехідних режимах (старт, прискорення) в допомогу ДВС підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, в паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею, в порівнянні з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то і втрати потужності значно менше, ніж в послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса і заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні в місті. Незважаючи на простоту реалізації цієї схеми, вона не дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, так і ефективність використання ДВС.
Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їх гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає, перш за все, створення бензинового двигуна зі збільшеним ККД. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, на допомогу йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижче. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність і додаткової батареї для електромотора. Коли автомобіль з звичайним бензиновим двигуном сповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором мотора (гальмування двигуном) або розсіюється у вигляді тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль з системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електромотор працює як генератор, виробляючи електрику. Збережена при гальмуванні енергія запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкрутку електромотора, який знову перейде на свої тягові функції. А витрата бензину зменшиться рівно настільки, скільки енергії було припасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, в компанії Honda вважають, що гібридна система повинна бути максимально простою, електричний мотор виконує лише одну функцію - допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якомога більше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight і Civic.
2.3.Последовательно-паралельна схема
Компанія «Тойота» при створенні гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) об'єднує в собі особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор і дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях і при русі з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух в гору і т.п.) електродвигун додатково підживлюється від акумулятора-тобто гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс і при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а іншу частину на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВС використовується тільки в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижче, ніж в паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює по циклу Аткінсона, а не по циклу Отто, як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована по циклу Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування в нього повітря і палива. При цьому в режимі малих оборотів, коли дросельна заслінка майже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснуті ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. В ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно теряется- це так зв. втрати випуску.
У двигуні Аткінсона на такті впуску впускний клапан закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, тому що частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор (і використовується потім в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює по так зв. циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто, зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо найкращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор тойотовского гібрида функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не грає великої ролі.
До недоліків послідовно- паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, з огляду на те, що він потребує окремого генераторі, більшому блоці батарей, і більш продуктивної і складної комп'ютерної системи управління.
Система HSD встановлюється на хетчбек Toyota Prius, седан бізнес-класу Camry, позашляховика Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h і автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Тойота куплено компаніями Форд і Ніссан і використано при створенні Ford Escape Hybrid і Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує по продажах серед всіх гібридів. Витрата бензину в місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива при русі в місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна зробити висновок, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це швидше проміжний етап на шляху до майбутньої машині з нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - ємні компактні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузова. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку досить буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі - а потім їздити цілий день без підзарядки.
3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
3.1. Економна експлуатація
Економна експлуатація - головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто зрівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість, здатність до швидкого розгону, і безліч інших, дуже важливих характеристик, закладених в сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, в тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радості», наприклад, менший знос гальмівних колодок.
Як була досягнута економія:
-зниженням об'єму і потужності двигуна;
-робота двигуна в оптимальному і рівномірному режимі, в набагато меншій залежності від умов їзди;
-повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;
-можливість руху тільки на електродвигунах;
-рекуператівное гальмування з зарядкою акумулятора.
Вся ця система до такого ступеня складна, що стала можлива повною мірою тільки в сучасних умовах, із застосуванням досить непростих алгоритмів роботи бортового комп'ютера. Навіть правильне і ефективне (з точки зору безпеки) гальмування управляється бортовим комп'ютером.
3.2. екологічна чистота
Зниження витрати вуглецевого палива, негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів в місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і перш за все в пробках, має саму першорядну роль. Застосування ж акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизила проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті, і для вантажних автомобілів, ще більше поліпшить екологічну обстановку міст.
Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
1. Загальний опис силової установки
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледь-ледь встигає за пропонованими до них вимогами. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужному і економічному моторі, з іншого - екологи, що посилюють норми токсичності. А на завершення - геологи, все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВС і електродвигуна. На відміну від електромобілів і автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 року випускаються серійно.
Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС і електромобіль. Звичайний автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким об'ємом шкідливих речовин . Заправних станцій предостатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати на одному заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих в наш час «електричних» машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВС і електричного. Гідність першого - в зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого - в видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і «розкручувати». Він може «стояти і чекати" не споживаючи енергії. Але як тільки дали струм, відразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніше двигуна внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, більш ефективний на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВС крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, в свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких розгінних навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, по-російськи, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом, електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси - менший знос, екологічність і економічність (особливо в міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки і об'єднуються гідності двох моторів. Але .., рано плескати в долоні, і послухаємо, що говорять скептики.
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморазряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А «економність» гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, існує проблема утилізації використаних акумуляторів. Гібриди дорожче в ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність і економічність гібридів багато теж ставлять під сумнів. Так, ряд тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показав, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж в змішаному циклі незначно, а за містом істотно програють сучасним дизелів. Почесне звання «Найбільш екологічний автомобіль року» в 2007 і 2008 роках присуджувалася також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як влаштовані гібриди.
За ступенем гібридизації їх ділять на «помірні», «повні» і plug-in. «Повний» в змозі рухатися лише на електриці, що не споживаючи палива. «Помірний» завжди задіює ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид з підзарядкою (plug-in hybrid) - такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшого недоліку: обмежений пробіг на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється в звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної і паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.
2. Схеми роботи
2.1. послідовна схема
Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а вироблювана останнім електроенергія заряджає акумуляторну батарею і живить електродвигун, який і обертає провідні колеса. Це позбавляє від необхідності в коробці передач і зчепленні. Для підзарядки акумулятора також використовується рекуперативного гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче втрачається. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або ж його можна зовсім відключити. При відключенні ДВС електродвигун і батарея в змозі забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, повинні бути більш потужними, а, значить, вони мають і велику вартість. Найбільш ефективна послідовна схема при русі в режимі частих зупинок, гальмувань і прискорень, рух на низькій швидкості, тобто в місті. Тому використовують її в міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий крутний момент на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.
2.2.Параллельная схема
Тут провідні колеса приводяться в рух і ДВС, і електродвигуном (який повинен бути оборотним, тобто може працювати в якості генератора). Для їх узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне управління. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигуну доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється в залежності від умов руху: в перехідних режимах (старт, прискорення) в допомогу ДВС підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, в паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею, в порівнянні з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то і втрати потужності значно менше, ніж в послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса і заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні в місті. Незважаючи на простоту реалізації цієї схеми, вона не дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, так і ефективність використання ДВС.
Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їх гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає, перш за все, створення бензинового двигуна зі збільшеним ККД. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, на допомогу йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижче. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність і додаткової батареї для електромотора. Коли автомобіль з звичайним бензиновим двигуном сповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором мотора (гальмування двигуном) або розсіюється у вигляді тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль з системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електромотор працює як генератор, виробляючи електрику. Збережена при гальмуванні енергія запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкрутку електромотора, який знову перейде на свої тягові функції. А витрата бензину зменшиться рівно настільки, скільки енергії було припасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, в компанії Honda вважають, що гібридна система повинна бути максимально простою, електричний мотор виконує лише одну функцію - допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якомога більше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight і Civic.
2.3.Последовательно-паралельна схема
Компанія «Тойота» при створенні гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) об'єднує в собі особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор і дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях і при русі з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух в гору і т.п.) електродвигун додатково підживлюється від акумулятора-тобто гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс і при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а іншу частину на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВС використовується тільки в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижче, ніж в паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює по циклу Аткінсона, а не по циклу Отто, як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована по циклу Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування в нього повітря і палива. При цьому в режимі малих оборотів, коли дросельна заслінка майже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснуті ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. В ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно теряется- це так зв. втрати випуску.
У двигуні Аткінсона на такті впуску впускний клапан закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, тому що частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор (і використовується потім в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює по так зв. циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто, зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо найкращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор тойотовского гібрида функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не грає великої ролі.
До недоліків послідовно- паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, з огляду на те, що він потребує окремого генераторі, більшому блоці батарей, і більш продуктивної і складної комп'ютерної системи управління.
Система HSD встановлюється на хетчбек Toyota Prius, седан бізнес-класу Camry, позашляховика Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h і автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Тойота куплено компаніями Форд і Ніссан і використано при створенні Ford Escape Hybrid і Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує по продажах серед всіх гібридів. Витрата бензину в місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива при русі в місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна зробити висновок, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це швидше проміжний етап на шляху до майбутньої машині з нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - ємні компактні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузова. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку досить буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі - а потім їздити цілий день без підзарядки.
3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
3.1. Економна експлуатація
Економна експлуатація - головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто зрівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість, здатність до швидкого розгону, і безліч інших, дуже важливих характеристик, закладених в сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, в тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радості», наприклад, менший знос гальмівних колодок.
Як була досягнута економія:
-зниженням об'єму і потужності двигуна;
-робота двигуна в оптимальному і рівномірному режимі, в набагато меншій залежності від умов їзди;
-повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;
-можливість руху тільки на електродвигунах;
-рекуператівное гальмування з зарядкою акумулятора.
Вся ця система до такого ступеня складна, що стала можлива повною мірою тільки в сучасних умовах, із застосуванням досить непростих алгоритмів роботи бортового комп'ютера. Навіть правильне і ефективне (з точки зору безпеки) гальмування управляється бортовим комп'ютером.
3.2. екологічна чистота
Зниження витрати вуглецевого палива, негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів в місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і перш за все в пробках, має саму першорядну роль. Застосування ж акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизила проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті, і для вантажних автомобілів, ще більше поліпшить екологічну обстановку міст.
3.3. Хороші ходові характеристики
Тепер немає необхідності встановлюваті двигун з розрахунку піковіх НАВАНТАЖЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЇ. У момент, коли необхідне різке Посилення тягового НАВАНТАЖЕННЯ, в роботу включаються одночасно як електро-, так и звичайний двигун (а в Деяк моделях и додатковий електродвигун). Це дозволяє заощадіті на установці Менш потужного двигуна внутрішнього згоряння, что працює Основний час в найбільш сприятливі для себе режімі. Таке рівномірне перерозподіл и Накопичення потужності, з подалі Швидко Використання, дозволяє використовуват гібрідні установки в автомобілях спортивного класу и позашляховик. Незважаючі на ті, что електродвигуни ма ють Досить сильним крутним моментом в перерахунку на масу и габарити двигуна, в порівнянні з іншімі двигун, розробник все ж в ряді моделей встановлюються НЕ Надто потужні електродвигуни, зменшуючі їх габарити. При цьому, з метою підсумовування потужностей, застосовуються комбіновані схеми передачі крутного моменту, з прямою передачею механічного крутного моменту, безпосередньо від двигуна. Така схема називається «гибридно-спільний привід».
3.4. Збільшення дальності пробігу
Час - це найцінніший ресурс для людини. Виняток половини заїздів на заправні станції, і навіть більшої кількості таких заїздів, при їзді по місту, вивільняє у автовласника деяку кількість часу для інших великих і важливих справ.
3.5. Збереження і повторне використання енергії
Усунутий головний недолік двигуна на вуглецевому паливі - неможливість повернення енергії назад в вуглецеве паливо. Інженери з транспорту давно намагалися зберегти енергію руху при гальмуванні, щоб її повторно використовувати. Наприклад, застосовувалися спеціальні конструкції з великим маховиком. Але тільки електричну енергію вдається зберегти з самими мінімальними втратами і максимально дешево. Як накопичувач застосовуються як акумулятори, так і спеціальні конденсатори.
3.6. Звичайна заправка паливом
У електромобілів поки є один великий недолік - необхідність зарядки акумулятора. Процес довгий, і вимагає деякого спеціально обладнаного пункту зарядки. Таким чином він стає непридатним для тривалих і далеких поїздок. Але вже розроблені технології, що дозволяють заряджати літій-іонні акумулятори з електродами з наноматеріалів до 80% ємності за 5-15 хвилин.
У гібридного автомобіля цей недолік усунуто. Заправка здійснюється за звичною схемою, звичайним вуглецевим паливом, тоді, коли це необхідно, і подальший рух можна негайно продовжити.
У міському циклі експлуатації гібридний автомобіль 80% часу працює в режимі електромобіля. У лютому 2006 року автолюбителі з США змогли зламати електронну систему управління Toyota Prius, і навчилися примусово перемикати автомобіль в режим електромобіля. Французька компанія PSA Peugeot Citroen до 2010 року почне серійне виробництво гібридних версій Peugeot 307 і Citroen C4. В автомобілях передбачений режим електромобіля на швидкостях менше 50 км / год. Водій може за бажанням включати режим електромобіля.
4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
4.1. висока складність
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, схильні до саморазряду. Крім того, вони дорожче в ремонті. Досвід автоіндустрії США говорить про те, що автомеханіки беруться за ремонт гібридних автомобілів з великим небажанням. США намагаються вирішити проблему дорожнечі податковими пільгами.
Далеко не всі великі автовиробники змогли створити власну гібридну систему. Компанія Porsche відмовилася від спроб самостійного виробництва гібридного автомобіля. Компанія Mitsubishi спочатку не намагалася створити гібридний автомобіль, а сконцентрувала всі свої зусилля на розробці електромобілів. Найбільш вдала на сьогодні серійна розробка - Hybrid Synergy Drive (вимовляється [ха? Йбрід сі? Неджи драйв]) компанією Toyota.
4.2. Утилізація акумуляторів
Гібридні автомобілі, як і електромобілі, хоч і в меншому ступені, схильні до проблеми утилізації акумуляторів. Вплив викидаються акумуляторів на навколишнє середовище, мабуть, ніхто не досліджував. Але ж воно може бути небезпечним.
4.3. Висока вартість деяких моделей.
Природно складність і "нетрадиційність" створення деяких моделей тягне за собою збільшення ціни на автомобілі.
Статті по темі:
1. Карбюраторний двигун, робота карбюратора, пристрій карбюратора;
2. Дизельний двигун;
3. Інжекторниє системи автомобілів;
4. Пристрій і принцип дії двотактного двигуна внутрішнього згоряння ;
5. Чотиритактний двигун, пристрій і принцип роботи
Джерело - http: //www.avtonov.svoi
Гібридні автомобілі їхні переваги і недоліки
1. Загальний опис силової установки
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) ледь-ледь встигає за пропонованими до них вимогами. З одного боку, споживачі з мріями про одночасно потужному і економічному моторі, з іншого - екологи, що посилюють норми токсичності. А на завершення - геологи, все наполегливіше нагадують про виснаження запасів «чорного золота». Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є гібридні силові установки, що складаються зі звичайного ДВС і електродвигуна. На відміну від електромобілів і автомобілів на паливних елементах, які все ще залишаються "автомобілями майбутнього", гібриди вже з 1997 року випускаються серійно.
Давайте порівняємо автомобіль зі звичайним ДВС і електромобіль. Звичайний автомобіль здатний проїхати без дозаправки чотири-п'ять сотень кілометрів і при цьому отруїти атмосферу деяким об'ємом шкідливих речовин . Заправних станцій предостатньо в будь-якому регіоні, і поповнити запаси палива можна за лічені хвилини. Електромобіль може проїхати на одному заряді батарей близько 80-160 км. Він екологічно чистий, безшумний і практично бездоганний до того моменту, поки не настає черга підзарядки акумуляторів. У існуючих в наш час «електричних» машин цей процес триває кілька годин.
Гібридні автомобілі беруть все найкраще від обох моторів: ДВС і електричного. Гідність першого - в зручному енергоносії, рідкому паливі, а другого - в видатних моментних характеристиках. На відміну від ДВС, електромотор не потрібно заводити і «розкручувати». Він може «стояти і чекати" не споживаючи енергії. Але як тільки дали струм, відразу отримали максимальну тягу на колесах. Електродвигун ефективніше двигуна внутрішнього згоряння в режимі частих стартів і стопів (тобто, при їзді в міському циклі). Двигун внутрішнього згоряння, навпаки, більш ефективний на постійних, оптимальних для даного двигуна оборотах.
У гібриді обидва двигуни працюють один на одного. ДВС крутить генератор і живить енергією електромотор. Той, в свою чергу, дозволяє ДВС працювати без різких розгінних навантажень, в найбільш сприятливих режимах. Практично всі сучасні гібриди мають систему рекуперації або, по-російськи, «повернення енергії». Суть її в тому, що при гальмуванні або при русі машини накатом, електродвигуни починають крутитися від коліс і працювати як генератори, заряджаючи батарею. Звідси - менший знос, екологічність і економічність (особливо в міському циклі.)
Отже, перед нами технологічний прогресивний автомобіль, в якому нівелюються недоліки і об'єднуються гідності двох моторів. Але .., рано плескати в долоні, і послухаємо, що говорять скептики.
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, не люблять морозів, схильні до саморазряду, термін служби їх обмежений кількома роками. А «економність» гібрида прямо пов'язана зі станом АКБ. Крім того, існує проблема утилізації використаних акумуляторів. Гібриди дорожче в ремонті, та й за сам ремонт візьметься далеко не кожен. Крім того, високу екологічність і економічність гібридів багато теж ставлять під сумнів. Так, ряд тестів, проведених авторитетними автомобільними виданнями, показав, що гібриди дають помітну економію палива тільки в місті, при русі ж в змішаному циклі незначно, а за містом істотно програють сучасним дизелів. Почесне звання «Найбільш екологічний автомобіль року» в 2007 і 2008 роках присуджувалася також автомобілям з дизельними моторами.
Розглянемо докладніше, якими бувають і як влаштовані гібриди.
За ступенем гібридизації їх ділять на «помірні», «повні» і plug-in. «Повний» в змозі рухатися лише на електриці, що не споживаючи палива. «Помірний» завжди задіює ДВС, а електромотор підключається, якщо потрібна додаткова потужність. Гібрид з підзарядкою (plug-in hybrid) - такий гібрид можна включати в розетку для підзарядки. В результаті власник подібного гібрида отримує всі переваги електричного автомобіля, без найбільшого недоліку: обмежений пробіг на одному заряді. Коли електричний заряд закінчується, підключається ДВС і автомобіль перетворюється в звичайний гібрид.
За принципом взаємодії електричної і паливної складових авто, гібридні приводи прийнято розділяти на три види: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.
2. Схеми роботи
2.1. послідовна схема
Це - найпростіша гібридна конфігурація. ДВС використовується тільки для приводу генератора, а вироблювана останнім електроенергія заряджає акумуляторну батарею і живить електродвигун, який і обертає провідні колеса. Це позбавляє від необхідності в коробці передач і зчепленні. Для підзарядки акумулятора також використовується рекуперативного гальмування. Свою назву схема отримала тому, що потік потужності надходить на провідні колеса, проходячи ряд послідовних перетворень. Від механічної енергії, що виробляється ДВС в електричну, що виробляється генератором, і знову в механічну. При цьому частина енергії неминуче втрачається. Послідовний гібрид дозволяє використовувати ДВС малої потужності, причому він постійно працює в діапазоні максимального ККД, або ж його можна зовсім відключити. При відключенні ДВС електродвигун і батарея в змозі забезпечити необхідну потужність для руху. Тому вони, на відміну від ДВС, повинні бути більш потужними, а, значить, вони мають і велику вартість. Найбільш ефективна послідовна схема при русі в режимі частих зупинок, гальмувань і прискорень, рух на низькій швидкості, тобто в місті. Тому використовують її в міських автобусах та інших видах міського транспорту. За таким принципом працюють також великі кар'єрні самоскиди, де необхідно передати великий крутний момент на колеса, і не потрібні високі швидкості руху.
2.2.Параллельная схема
Тут провідні колеса приводяться в рух і ДВС, і електродвигуном (який повинен бути оборотним, тобто може працювати в якості генератора). Для їх узгодженої паралельної роботи використовується комп'ютерне управління. При цьому зберігається необхідність у звичайній трансмісії, і двигуну доводиться працювати в неефективних перехідних режимах. Момент, що надходить від двох джерел, розподіляється в залежності від умов руху: в перехідних режимах (старт, прискорення) в допомогу ДВС підключається електродвигун, а в усталених режимах і при гальмуванні він працює як генератор, заряджаючи акумулятор. Таким чином, в паралельних гібридах більшу частину часу працює ДВС, а електродвигун використовується для допомоги йому. Тому паралельні гібриди можуть використовувати меншу акумуляторну батарею, в порівнянні з послідовними. Так як ДВС безпосередньо пов'язаний з колесами, то і втрати потужності значно менше, ніж в послідовному гібриді. Подібна конструкція досить проста, але її недоліком є те, що оборотна машина паралельного гібрида не може одночасно приводити в рух колеса і заряджати батарею. Паралельні гібриди ефективні на шосе, але малоефективні в місті. Незважаючи на простоту реалізації цієї схеми, вона не дозволяє значно поліпшити як екологічні параметри, так і ефективність використання ДВС.
Прихильником такої схеми гібридів є компанія "Хонда". Їх гібридна система отримала назву Integrated Motor Assist (Інтегрований помічник двигуна). Вона передбачає, перш за все, створення бензинового двигуна зі збільшеним ККД. І тільки тоді, коли двигуну стає важко, на допомогу йому повинен приходити електричний мотор. В цьому випадку система не вимагає складного і дорогого силового блоку управління, і, отже, собівартість такого автомобіля виявляється нижче. Система IMA складається з бензинового двигуна (який надає основний ресурс потужності), електромотора, який надає додаткову потужність і додаткової батареї для електромотора. Коли автомобіль з звичайним бензиновим двигуном сповільнюється, його кінетична енергія гаситься опором мотора (гальмування двигуном) або розсіюється у вигляді тепла при нагріванні гальмівних дисків і барабанів. Автомобіль з системою IMA починає гальмувати електромотором. Таким чином, електромотор працює як генератор, виробляючи електрику. Збережена при гальмуванні енергія запасається в батареї. І коли автомобіль знову почне прискорюватися, батарея віддасть всю накопичену енергію на розкрутку електромотора, який знову перейде на свої тягові функції. А витрата бензину зменшиться рівно настільки, скільки енергії було припасено при попередніх гальмуваннях. Загалом, в компанії Honda вважають, що гібридна система повинна бути максимально простою, електричний мотор виконує лише одну функцію - допомагає двигуну внутрішнього згоряння заощадити якомога більше пального. Honda випускає дві гібридні моделі: Insight і Civic.
2.3.Последовательно-паралельна схема
Компанія «Тойота» при створенні гібридів пішла своїм шляхом. Розроблена японськими інженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) об'єднує в собі особливості двох попередніх типів. У схему паралельного гібрида додається окремий генератор і дільник потужності (планетарний механізм). В результаті гібрид набуває рис послідовного гібрида: автомобіль рушає і рухається на малих швидкостях тільки на електротязі. На високих швидкостях і при русі з постійною швидкістю підключається ДВС. При високих навантаженнях (прискорення, рух в гору і т.п.) електродвигун додатково підживлюється від акумулятора-тобто гібрид працює як паралельний. Завдяки наявності окремого генератора, що заряджає батарею, електродвигун використовується тільки для приводу коліс і при рекуперативному гальмуванні. Планетарний механізм передає частину потужності ДВС на колеса, а іншу частину на генератор, який або живить електродвигун, або заряджає батарею. Комп'ютерна система постійно регулює подачу потужності від обох джерел енергії для оптимальної експлуатації за будь-яких умов руху. У цьому типі гібрида більшу частину часу працює електродвигун, а ДВС використовується тільки в найбільш ефективних режимах. Тому його потужність може бути нижче, ніж в паралельному гібриді.
Важливою особливістю ДВС також є те, що він працює по циклу Аткінсона, а не по циклу Отто, як звичайні двигуни. Якщо робота двигуна організована по циклу Отто, то на такті впуску поршень, рухаючись вниз, створює в циліндрі розрідження, завдяки якому відбувається всмоктування в нього повітря і палива. При цьому в режимі малих оборотів, коли дросельна заслінка майже закрита, з'являються так зв. насосні втрати. (Щоб краще зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, втягнути повітря через затиснуті ніздрі). Крім того, при цьому погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом і відповідно підвищується витрата палива і викиди шкідливих речовин в атмосферу. Коли поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), впускний клапан закривається. В ході такту випуску, коли відкривається випускний клапан, відпрацьовані гази ще знаходяться під тиском, і їх енергія безповоротно теряется- це так зв. втрати випуску.
У двигуні Аткінсона на такті впуску впускний клапан закривається не поблизу НМТ, а значно пізніше. Це дає цілий ряд переваг. По-перше, знижуються насосні втрати, тому що частина суміші, коли поршень пройшов НМТ і почав рух вгору, виштовхується назад у впускний колектор (і використовується потім в іншому циліндрі), що знижує в ньому розрідження. Горюча суміш, виштовхується з циліндра, також забирає з собою частину тепла з його стінок. Так як тривалість такту стиснення по відношенню до такту робочого ходу зменшується, то двигун працює по так зв. циклу зі збільшеною ступенем розширення, при якому енергія відпрацьованих газів використовується більш тривалий час, тобто, зі зменшенням втрат випуску. Таким чином, отримуємо найкращі екологічні показники, економічність і більший ККД, але меншу потужність. Але в тому-то і суть, що мотор тойотовского гібрида функціонує в малонавантажених режимах, при яких цей недолік циклу Аткінсона не грає великої ролі.
До недоліків послідовно- паралельного гібрида слід віднести більш високу вартість, з огляду на те, що він потребує окремого генераторі, більшому блоці батарей, і більш продуктивної і складної комп'ютерної системи управління.
Система HSD встановлюється на хетчбек Toyota Prius, седан бізнес-класу Camry, позашляховика Lexus RX400h, Toyota Highlander Hybrid, Harrier Hybrid, спортивному седані Lexus GS 450h і автомобілі люкс-класу - Lexus LS 600h. Ноу-хау компанії Тойота куплено компаніями Форд і Ніссан і використано при створенні Ford Escape Hybrid і Nissan Altima Hybrid. Toyota Prius лідирує по продажах серед всіх гібридів. Витрата бензину в місті становить 4 л на 100 км пробігу. Це перший автомобіль, у якого споживання палива при русі в місті менше, ніж на шосе. На Паризькому автосалоні 2008 року була представлена модель Пріус plug-in hybrid.
З усього сказаного можна зробити висновок, що, напевно, немає сенсу вважати гібридні автомобілі рішенням всіх проблем. Це швидше проміжний етап на шляху до майбутньої машині з нульовим викидом шкідливих речовин. Гібридні технології дають можливість відпрацювати її ключові технічні компоненти - ємні компактні акумулятори, оптимізовані системи «повторного використання» енергії, технологію швидкої зарядки від зовнішніх джерел, нові електродвигуни, полегшені кузова. Тільки масове виробництво цих вузлів зможе наблизити той час, коли замість поїздки на заправку досить буде підключити залізного коня на годинку до звичайної домашньої електромережі - а потім їздити цілий день без підзарядки.
3. Переваги автомобілів з гібридною установкою
3.1. Економна експлуатація
Економна експлуатація - головна перевага гібридів. Щоб досягти її, необхідно було шукати баланс, тобто зрівноважити всі технічні показники машини, але при цьому зберегти всі корисні параметри звичайного автомобіля: його потужність, швидкість, здатність до швидкого розгону, і безліч інших, дуже важливих характеристик, закладених в сучасних автомобілях. Мало того, здатність накопичувати енергію, в тому числі і не втрачати даремно кінетичну енергію руху під час гальмування, а заряджати акумуляторні батареї, крім основних явних переваг, привнесло автолюбителям деякі побічні «дрібні радості», наприклад, менший знос гальмівних колодок.
Як була досягнута економія:
-зниженням об'єму і потужності двигуна;
-робота двигуна в оптимальному і рівномірному режимі, в набагато меншій залежності від умов їзди;
-повна зупинка роботи двигуна, коли це необхідно;
-можливість руху тільки на електродвигунах;
-рекуператівное гальмування з зарядкою акумулятора.
Вся ця система до такого ступеня складна, що стала можлива повною мірою тільки в сучасних умовах, із застосуванням досить непростих алгоритмів роботи бортового комп'ютера. Навіть правильне і ефективне (з точки зору безпеки) гальмування управляється бортовим комп'ютером.
3.2. екологічна чистота
Зниження витрати вуглецевого палива, негайно позначилося на екологічній чистоті. Повна зупинка роботи двигунів в місцях скупчення автомобілів на дорогах міст, і перш за все в пробках, має саму першорядну роль. Застосування ж акумуляторних батарей, набагато меншої ємності, ніж в електромобілях, знизила проблему утилізації використаних акумуляторів. Розвиток гібридної технології в громадському транспорті, і для вантажних автомобілів, ще більше поліпшить екологічну обстановку міст.
3.3. Хороші ходові характеристики
Тепер немає необхідності встановлювати двигун з розрахунку пікових навантажень експлуатації. У момент, коли необхідне різке посилення тягового навантаження, в роботу включаються одночасно як електро-, так і звичайний двигун (а в деяких моделях і додатковий електродвигун). Це дозволяє заощадити на установці менш потужного двигуна внутрішнього згоряння, що працює основний час в найбільш сприятливому для себе режимі. Таке рівномірне перерозподіл і накопичення потужності, з подальшим швидким використанням, дозволяє використовувати гібридні установки в автомобілях спортивного класу і позашляховиках. Незважаючи на те, що електродвигуни мають досить сильним крутним моментом в перерахунку на масу і габарити двигуна, в порівнянні з іншими двигунами, розробники все ж в ряді моделей встановлюють не надто потужні електродвигуни, зменшуючи їх габарити. При цьому, з метою підсумовування потужностей, застосовуються комбіновані схеми передачі крутного моменту, з прямою передачею механічного крутного моменту, безпосередньо від двигуна. Така схема називається «гибридно-спільний привід».
3.4. Збільшення дальності пробігу
Час - це найцінніший ресурс для людини. Виняток половини заїздів на заправні станції, і навіть більшої кількості таких заїздів, при їзді по місту, вивільняє у автовласника деяку кількість часу для інших великих і важливих справ.
3.5. Збереження і повторне використання енергії
Усунутий головний недолік двигуна на вуглецевому паливі - неможливість повернення енергії назад в вуглецеве паливо. Інженери з транспорту давно намагалися зберегти енергію руху при гальмуванні, щоб її повторно використовувати. Наприклад, застосовувалися спеціальні конструкції з великим маховиком. Але тільки електричну енергію вдається зберегти з самими мінімальними втратами і максимально дешево. Як накопичувач застосовуються як акумулятори, так і спеціальні конденсатори.
3.6. Звичайна заправка паливом
У електромобілів поки є один великий недолік - необхідність зарядки акумулятора. Процес довгий, і вимагає деякого спеціально обладнаного пункту зарядки. Таким чином він стає непридатним для тривалих і далеких поїздок. Але вже розроблені технології, що дозволяють заряджати літій-іонні акумулятори з електродами з наноматеріалів до 80% ємності за 5-15 хвилин.
У гібридного автомобіля цей недолік усунуто. Заправка здійснюється за звичною схемою, звичайним вуглецевим паливом, тоді, коли це необхідно, і подальший рух можна негайно продовжити.
У міському циклі експлуатації гібридний автомобіль 80% часу працює в режимі електромобіля. У лютому 2006 року автолюбителі з США змогли зламати електронну систему управління Toyota Prius, і навчилися примусово перемикати автомобіль в режим електромобіля. Французька компанія PSA Peugeot Citroen до 2010 року почне серійне виробництво гібридних версій Peugeot 307 і Citroen C4. В автомобілях передбачений режим електромобіля на швидкостях менше 50 км / год. Водій може за бажанням включати режим електромобіля.
4.Недостаткі автомобілів з гібридною установкою
4.1. висока складність
Гібридні автомобілі складніше і дорожче традиційних автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння. Акумуляторні батареї мають невеликий діапазон робочих температур, схильні до саморазряду. Крім того, вони дорожче в ремонті. Досвід автоіндустрії США говорить про те, що автомеханіки беруться за ремонт гібридних автомобілів з великим небажанням. США намагаються вирішити проблему дорожнечі податковими пільгами.
Далеко не всі великі автовиробники змогли створити власну гібридну систему. Компанія Porsche відмовилася від спроб самостійного виробництва гібридного автомобіля. Компанія Mitsubishi спочатку не намагалася створити гібридний автомобіль, а сконцентрувала всі свої зусилля на розробці електромобілів. Найбільш вдала на сьогодні серійна розробка - Hybrid Synergy Drive (вимовляється [ха? Йбрід сі? Неджи драйв]) компанією Toyota.
4.2. Утилізація акумуляторів
Гібридні автомобілі, як і електромобілі, хоч і в меншому ступені, схильні до проблеми утилізації акумуляторів. Вплив викидаються акумуляторів на навколишнє середовище, мабуть, ніхто не досліджував. Але ж воно може бути небезпечним.
4.3. Висока вартість деяких моделей.
Природно складність і "нетрадиційність" створення деяких моделей тягне за собою збільшення ціни на автомобілі.
Статті по темі:
1. Карбюраторний двигун, робота карбюратора, пристрій карбюратора;
2. Дизельний двигун;
3. Інжекторниє системи автомобілів;
4. Пристрій і принцип дії двотактного двигуна внутрішнього згоряння ;
5. Чотиритактний двигун, пристрій і принцип роботи
Джерело - http: //www.avtonov.svoi
Вимовляється [ха?Йбрід сі?
Вимовляється [ха?
Йбрід сі?
Вимовляється [ха?
Йбрід сі?
