Принцип работы гибридного автомобиля тойота. Гибридный автомобиль Тойота Приус: устройство, принцип работы

Автомобиль с гибридным двигателем это не новое изобретение. Первый шаг в направлении создания гибридных транспортных средств, был сделан в 1665, когда Фердинанд Verbiest, Иезуитский священник, начал работу над планами постройки простых четырех колесных транспортных средств, которые могли бы работать на пару или конной тяге. Первые автомобили с гибридным двигателем появились на рубеже XIX—XX-го веков. Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов к мелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующих лет, французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин с гибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с 4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера Walker Vehicle Company of Chicago «гибридные» грузовики сходили до 1940 года.
Конечно все это были только прототипы и мелкосерийные автомобили. Однако сейчас острый недостаток нефти и экономический кризис подхлестнули разработку гибридных двигателей. А теперь давайте подробно разберемся что такое гибридный двигатель и какой от него толк? Гибридный двигатель - это система из двух двигателей -электрического и бензинового. В зависимости от режимов работы может включатся и бензиновый и электрический одновременно или по отдельности. Этот процесс управляется мощным компьютером, который принимает решение, что щас должно работать.Так при передвижении по трассам включается бензиновый двигатель, так как аккумулятора на трассе на долго не хватит. Если автомобиль двигается в городском режиме, то тут уже используется электродвигатель, при разгоне или больших нагрузках работают оба. Пока работает бензиновый двигатель заряжается аккумулятор. Такой двигатель даже с учётом того, что в системе используется бензиновый двигатель, позволяет сократить вредные выбросы в атмосферу на 90% и при этом существенно снижается потребление бензина в городе(на трассе работает только бензиновый двигатель, поэтому там экономии нету).

Начнем с того, как автомобиль трогается с места. При начале движения и на малых скоростях задействованы только аккумуляторная батарея и электродвигатели. Энергия, запасенная в батарее, поступает в энергетический центр, который, в свою очередь, направляет ее к электромоторам, заставляющим автомобиль плавно и бесшумно тронуться с места. После набора скорости к работе подключается двигатель внутреннего сгорания, и момент на ведущие колеса поступает одновременно от электродвигателей и ДВС. При этом часть энергии ДВС поступает к генератору, и теперь уже он питает электродвигатели, а излишки своей энергии отдает аккумуляторной батарее, утратившей часть запаса энергии в начале движения. При движении в нормальном режиме автоматически используется только передний привод, во всех остальных — полный. В режиме разгона момент на колеса поступает в основном от бензинового двигателя, а электромоторы при необходимости увеличения динамики дополняют ДВС. Один из самых интересных моментов — торможение. Электронные “мозги” автомобиля сами решают, когда нужно задействовать гидравлическую тормозную систему, а когда рекуперативное торможение, отдавая предпочтение последнему. То есть в момент нажатия педали тормоза они переводят электродвигатели в “генераторный” режим работы, и те создают тормозной момент на колесах, вырабатывая электроэнергию и подпитывая через энергетический центр аккумуляторную батарею. В этом и заключается изюминка “гибрида”.

В классических автомобилях энергия торможения теряется полностью, уходя как тепло через тормозные диски и другие детали. Использование энергии торможения особенно эффективно в городских условиях, когда приходится часто тормозить на светофорах. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяет и управляет работой всех систем активной безопасности.
Одним из первых удачных автомобилей оснащённых гибридным двигателем, который пошёл в массы стал разработанный компанией Toyota "Toyota Prius", расходующий 3,2 литра бензина на 100 км (в городе). Также компания Toyota выпустила и внедорожник с гибридным двигателем Lexus RX400h.Стоимость такого автомобиля в зависимости от комплектации колеблется от 68 до 77 тыс. долларов. Следует заметить тот факт, что первые версии Toyota Prius уступали автомобилям такого же класса и в скорости и в мощности, а вот Lexus RX400h уже не уступает своим одноклассникам ни в скорости ни в мощности.

Ведущие автомобильные концерны мира, так же обратили своё внимание на гибридные двигатели, как на решение проблемы экономии топлива и загрязнения окружающей среды. Так компания Volvo Group объявила о создании гибридного двигателя для грузовиков, тягачей, полуприцепов и автобусов. Разработчики компании рассчитывают на то, что их детище позволит получить 35% экономию топлива.
При всём при этом надо сказать, что гибридные автомобили "на Ура", пока что, пошли только в Северной Америке(Канада и США). И в Америке же всё больше на них растёт спрос, так как там до последних лет были популярны автомобили, которые потребляли много топлива, а так как топливо резко и круто начало дорожать американцы резко задумались об его экономии и как решение проблемы начали использовать именно автомобили с гибридными двигателями. В Европе к появлению гибридных двигателей отнеслись спокойно, так как там у них рулит экономный и более экологичный, чем бензиновый двигатель, старый добрый дизель. В отличии от США более 50% машин в Европе оснащены дизелями. К тому же дизельные автомобили дешевле гибридных, проще и надёжнее. Ведь всем известно, чем сложнее система, тем она менее надёжна! И вот именно из-за своей сложности и капризности, гибридных автомобилей практически нет на постсоветском пространстве. Официальные дилеры их сюда не завозят. И любой владелец такого авто у нас неминуемо столкнётся с проблемой СТО. Нет у нас СТО, которые бы занимались бы гибридными автомобилями. А уж сам такую машинку не починишь!

В рамках Киотского протокола, подписанного в 1997 году, многие страны взяли на себя ответственность сократить вредные выбросы в атмосферу.

Учитывая тот факт, что одним из инициаторов этого протокола была именно Япония, многие крупные японские компании запустили ряд проектов, призванных снизить количество выбросов. Одной из компаний была и Toyota Motor – здесь еще в 1992 году представили «Хартию Земли», дополненную впоследствии «Экологическим планом действий».

Эти два документа определили одно из наиболее приоритетных на сегодняшний день направлений деятельности компании – разработку новых экологически чистых технологий. В рамках этой программы разрабатывались несколько вариантов силовых установок, среди которых и гибридная силовая установка, появившаяся в 1997 году на автомобилях Тойота Приус Гибрид.

Разработка автомобиля с гибридной силовой установкой началась еще в 1994 году. Главной задачей для инженеров являлось создание электродвигателя и источников питания, способных если не заменить, то хотя бы эффективно дополнить основной двигатель внутреннего сгорания.

Инженеры Toyota, по их признанию, протестировали свыше ста вариантов различных схем и компоновок, что позволило создать действительно эффективную схему под названием Toyota Hybrid System. В итоге, после доведения системы до полностью рабочей модели, она была установлена на автомобиль Toyota Prius Hybrid (модель NHW10), ставший первым гибридным автомобилем компании.

Система THS представляет собой комбинированную силовую установку, состоящую из двигателя внутреннего сгорания, двух электромоторов и бесступенчатой трансмиссии HSD. Бензиновый мотор 1NZ-FXE объемом 1500 см3 способен развивать мощность 58 л.с., а суммарная мощность электромоторов составляет 30 кВт. Электромоторы используют энергию, накопленную в высоковольтных батареях с запасом 1.73 кВт*ч.

Главной особенностью силовой установки являлось то, что электромоторы могли также работать, как генератор — при движении на бензиновом двигателе, а также при рекуперативном торможении, они заряжали батарею и позволяли через время снова ее использовать. Сам мотор работал по принципу Аткинсона, благодаря чем средний расход топлива в условиях города составлял от 5.1 до 5.5 л/100 км.

Электромотор мог работать как отдельно от основного двигателя, так и в синергетическом режиме, позволяя быстрее разгоняться до более экономичной передачи. Все это позволило снизить количество вредных выбросов в атмосферу примерно до 120 г/км – для сравнения, гибридный гиперкар Ferrari LaFerrari выбрасывает в атмосферу 330 г/км.

Несмотря на свои достоинства и экономичность, Тойота Приус Гибрид был встречен довольно прохладно – сказывалась необычная силовая установка, недостаточно мощная даже для спокойной езды автомобиля массой свыше 1200 кг.

Поэтому в 2000 году силовая установка была доработана в версии NHW11 – мощность бензинового двигателя увеличена с 58 до 72 л.с., а мощность электромотора – с 30 до 33 кВт. Также благодаря небольшим изменениям в системе накопления энергии, емкость ВВБ возросла до 1.79 кВт*ч.

Второе поколение NHW20 (2003-2009 гг.)

Появившаяся в 2003 году гибридная модель Тойоты Приус существенно отличалась от своего предшественника. Прежде всего, гибрид получил кузов пятидверный хэтчбек – этот кузов был более популярен среди 72% потенциальных покупателей автомобиля, чем седан.

Вторым значительным изменением являлась модифицированная силовая установка THS II. Все тот же полуторалитровый бензиновый мотор 1NZ-FXE был форсирован до 76 л.с., а вот мощность электромотора увеличена до 50 кВт. Это позволило не только увеличить максимальную скорость гибрида со 160 до 180 км/ч на бензиновом моторе и с 40 до 60 км/ч на электродвигателе, но также сократить время разгона до 100 км/ч почти в полтора раза.

Использование инвертора принципиально новой конструкции дало возможность снизить массу батарей с 57 до 45 кг и сократить количество элементов. Запас накопленной энергии снизился с до 1.31 кВт*ч, но так как инвертор нового образца позволял более эффективно преобразовывать рекуперативную энергию, то запас хода на аккумуляторных батареях по сравнению с Приус первого поколения увеличился, а скорость зарядки батарей возросла на 14%. Также удалось снизить расход топлива до 4.3 л/100 км , а уровень выбросов угарного газа – до 104 г/ км.

Третье поколение ZVW30 (2009-2016 гг.)

Несмотря на явный коммерческий успех, инженеры Toyota продолжили совершенствовать модель в целях повышения его автономности при использовании экологически чистых источников энергии и дальнейшего снижения выбросов. На базе системы THS была разработан принципиально новый последовательно-параллельный гибридный привод Hybrid Synergy Drive, работающий по тому же принципу, но с рядом серьезных нововведений.

Прежде всего, вместо исчерпавшего ресурс увеличения мощности двигателя 1NZ-FXE стал устанавливаться двигатель 2ZR-FXE объемом 1800 см3, развивающий мощность в 99 л.с. Мощность электромотора повысили до 60 кВт, а его размеры уменьшились благодаря применению планетарной передачи. Рекуперативная система доработана с целью повышения КПД и ускорения времени зарядки. Несмотря на возросшую почти до 1500 кг снаряженную массу, динамические характеристики только улучшились благодаря более мощному мотору.

Применение нового гибридного привода позволило не только повысить динамические характеристики автомобиля, но и сделать его более экономичным. По заявлению инженеров Toyota, расход в смешанном режиме составляет 3.6 л/100 км – это паспортные данные.

Естественно, что в реальных условиях этот показатель выше, но по отзывам владельцев, в среднем он не превышает 4.2-4.5 л/100 км, против почти 5.5 л/100 у второго поколения Prius.

Еще одно нововведение – установленная в крыше солнечная панель мощностью 130 Вт, используемая для работы системы климат-контроля.

В 2012 году модель прошла модернизацию, в ходе которой была существенно повышена автономность гибрида на электрической тяге. Установлены новые аккумуляторные батареи, а их емкость увеличена почти в 3 раза – 21.5 А*ч против 6.5 и запасенная энергия в 4.4 кВт*ч против 1.31. Такой заряд позволяет гибриду проехать на электромоторе 1.5 км при максимальной скорости в 100 км/ч или 20 км при скорости в 40 км/ч. При этом выброс вредных веществ в атмосферу составляет всего 49 г/км.

Четвертое поколение (2016 г.)

Осенью 2015 года компания Toyota на автосалоне в Лас-Вегасе презентовала новое поколение Prius Hybrid. Автомобиль основан на совершенно новой платформе и радикально отличается своим агрессивным и интересным дизайном, намекающим на более спортивных характер.

Это действительно так – по словам главного инженера проекта Prius Коузди Тоесима, при разработке дизайна гибриду придали спортивные черты, так как он стал намного быстрее и динамичнее своих предшественников.

Силовая установка Hybrid Synergy Drive осталась практически без изменений. Но благодаря использованию более совершенных материалов, повышению крутящего момента электромотора и новому электромеханическому вариатору удалось повысить максимальную скорость автомобиля. Также в середине 2016 года появится первая полноприводная версия гибрида, с установленным в заднем мосту дополнительным электромотором мощностью 7.3 кВт.

С высоковольтными батареями новой конструкции гибрид проезжает более 50 км на электрической тяге, а усовершенствованная зарядная система сокращает время полной зарядки до 90 мин и дает возможность набрать 60% заряда всего за 15 минут.

На сегодняшний день компания Toyota продала уже более 3.5 млн. своих автомобилей семейства Prius. Эта модель заслуженной считается самым популярным гибридом в мире и с уверенностью демонстрирует, что будущее за автомобилями с гибридной и электрической силовой установкой, снижающими вредное воздействие на окружающую среду.

Видео

В заключение видео-обзор последней версии.

Точь-в-точь как у прежней машины. Выходит, гибрид четвертого поколения - результат глубокого рестайлинга?

Не тут-то было! Четвертый Prius абсолютно новый. В его основе - модульная архитектура TNGA (Toyota New Global Architecture), на которой в обозримом будущем станет базироваться большинство моделей компании. Доля высокопрочных сталей в конструкции кузова увеличилась с 3 до 19%, жесткость кузова на кручение выросла на 60% - это при уменьшившейся на 50 кг снаряженной массе. Вместо задней балки гибрид получил независимую подвеску, а тяговая батарея переехала из багажника под сиденье. По сути, прежний в новом Приусе лишь ДВС, да и тот был заметно доработан. Японцам удалось снизить потери на трение и повысить стойкость к детонации. Термодинамический КПД этого двигателя составляет 40% - рекордный показатель во всей индустрии.

Заявленный расход в районе 3 литров на 100 км - правда? И почему паспортные значения городского и загородного циклов практически не отличаются?

Три литра на сотню, конечно, лукавство. По крайней мере, . Лучшим результатом остались 3,9 л/100 км во время перегона из Москвы в Дмитров со средней скоростью 55 км/ч. Самыми «устрашающими» значениями на экране трип-компьютера остались 5,5 л/100 км - впрочем, для достижения подобного результата на Приусе надо безжалостно «дубасить». В нормальных условиях расход в городском и загородном циклах действительно практически идентичен и составляет около 4,3–4,5 литра на сотню. Спасибо системе рекуперативного торможения, которая в городе работает на удивление эффективно.

Можно ли окупить «гибридность» Приуса за счет низкого расхода топлива?

Давайте прикинем вместе. В качестве точки отсчета возьмем со 122-сильным 1,6-литровым мотором в максимальной комплектации Prestige. Такой автомобиль стоит 1 329 000 рублей и с точки зрения потребительских качеств максимально близок к Приусу (та же колесная база и простор на заднем сиденье, та же мощность, схожий уровень отделки и оснащения). Заявленный городской расход 1,6-литровой Короллы в городе - 8,2 л/100 км. На трассе - 5,3 л/100 км. Конечно же, на деле и эти значения будут выше заявленных. Так что за средний расход примем 9 л/100 км, допуская, что наш гипотетический владелец эксплуатирует автомобиль преимущественно в городе (напомню, расход Приуса не слишком зависит от цикла и в среднем составляет 4,5 л/100 км). Таким образом, при годовом пробеге в 25 000 км экономия составит 1125 литров, или 45 000 рублей (один литр АИ-95 приравняем к 40 рублям). Чтобы компенсировать разницу в цене между Короллой (1 329 000 рублей) и Приусом (2 112 000 рублей), потребуется больше 17 лет. Поэтому покупать гибрид с целью экономии утопично.

Тогда какой в нем смысл? Какие качества можно без тени сомнений записать в актив Приусу?

Сочетание управляемости и плавности хода заслуживает похвалы. Prius прекрасно отрабатывает даже самые жесткие дорожные дефекты и остается абсолютно живым, интересным в управлении автомобилем. Небольшие крены, насыщенная обратная связь на руле. А еще Prius по-настоящему тихий: двигателя не слышно вовсе (разве что вы захотите выкрутить его в отсечку), да и шум от дороги проникает в салон только при езде по абразивному асфальту. Добавьте приятный, качественно отделанный интерьер. Плюс некоторые наверняка запишут в актив «японцу» кричащую эпатажную внешность.

Хорошо. А как насчет явных минусов?

И сюда многие также запишут внешность. После цены в два с лишним миллиона рублей это, пожалуй, следующий сдерживающий фактор. Кроме того, у Приуса маленький багажник (всего 276 литров по результатам наших замеров). А если говорить о ездовых свойствах, расстраивают тормоза. В процесс торможения в любой момент может бесцеремонно вмешаться электромотор, так что усилие на педали «гуляет». Совсем недавно мне довелось испытать , который лишен такой особенности. Так что, отцу всех гибридов есть к чему стремиться. Гибридность как таковая - не оправдание.

Какие перспективы ждут Prius четвертого поколения в России?

Буду предельно осторожен в прогнозах, но в том, что четвертый Prius станет популярнее предшественника, не сомневаюсь ни на минуту. Дело в том, что за весь 2016 год в России официальными дилерами было продано лишь 16 гибридов третьего поколения. Это абсолютное дно, пробить которое новинке никак не по силам. Хотите - верьте, хотите - нет, но мне уже даже посчастливилось увидеть на дороге Prius четвертого поколения. Судя по номерным рамкам, он принадлежал частному лицу, а не российскому представительству Тойоты.

Почему мы коснулись этого вопроса на нашем портале? И почему мы хотим просветить Вас в вопросах работы гибридных двигателей? Всё предельно просто и понятно. Дело в том, что многие сферы нашей жизнедеятельности буквально пронизаны взаимодействием всевозможных технологий, которые в своём симбиозе порождают гораздо более эффективные методы, гаджеты и механизмы. И конечно же не посмели отставить в сторону и двигатели для наших четырёхколёсных любимцев. И вот именно о таких агрегатах, их положительных и отрицательных сторонах, о том как они работают мы и поговорим в данной теме. А пока совершим небольшой экскурс в историю. Поехали!

Немного истории

Автомобили с гибридными «сердцами» – изобретение далеко не новое, как может показаться на первый взгляд. Первооткрывателем и воплотителем идеи гибридного двигателя стал иезуитский священнослужитель по имени Фердинанд Вербист. В 1665 году он начал работать над планами создания простых четырёхколёсных повозок, работающих на паровой и конной тяге. Но а первые серийные модели с гибридными двигателями увидели свет уже на рубеже 19-го и 20-го веков. На протяжении десяти лет, начиная с 1887 года французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила серию и автомобилей с гибридными моторами. А в 1900 году компания General Electric создала гибридное авто с четырёхцилиндровым бензиновым двигателем. Компания Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 года выпускала гибридные грузовые автомобили.

Конечно, на то время производство подобных автомобилей ограничивалось небольшими партиями и созданием разного рода прототипов. Однако в наше время острая нехватка нефтяных ресурсов и постоянно прогрессирующий экономический кризис побудили автомобильных конструкторов и разработчиков вернуться к истокам и возобновить выпуск автомобилей с гибридными двигателями.

Как работает гибридный двигатель – простыми словами о новых технологиях

Ну а теперь самое время разобраться с тем, что за агрегат гибридный двигатель и почему так рьяно стали производит автомобили с такими сердцами? Гибридный двигатель представляет собой систему двух связанных между собой двигателей: бензинового и электрического. Два двигателя могут работать как в связке, так и по отдельности, всё зависит от того, какой режим работы использован в данный момент. Процессом перераспределения «полномочий» управляет мощный компьютер, который в тот или иной момент решает какой из двигателей должен сейчас работать. Для передвижения в загородном режиме всю работу берёт на себя топливный двигатель, ибо аккумулятора на трассе хватает ненадолго. Для передвижения по городу включается электродвигатель.

Если же автомобиль подвергается большим нагрузкам или ему приходится часто и довольно интенсивно разгоняться, то оба двигателя работают уже вместе. Интересен тот факт, что пока автомобиль движется на топливном моторе, электрический в это время заряжается. Автомобиль с гибридным двигателем выбрасывает в атмосферу на 90% меньше веществ, чем привычные нам топливные моторы , и это несмотря на то, что в его состав входит и бензиновый агрегат тоже. Так же потребление бензина в городе можно свести к нулю, что, конечно же, не сказать о загородных поездках.

Давайте рассмотрим как автомобиль с гибридным двигателем трогается с места. В самом начале движения и на малых скоростях работают лишь аккумулятор и электрический двигатель. Энергия, что запасена в батарее питает энергетический центр, который далее распределяет её по электромоторам, которые уже и стартуют автомобиль с места бесшумно и очень плавно. После того, как набрана максимальная для электродвигателя скорость, подключается и бензиновый агрегат. Крутящий момент на ведущие колёса уже поступает от двух двигателей в одночасье. В процессе такой работы двигатель внутреннего сгорания отдаёт часть выработанной энергии на генератор, который далее и питает электродвигатели, разгружая АКБ, излишки же энергии передаются на аккумулятор, восполняя его, утраченный на начало движения, запас.

Если автомобиль движется в нормальном режиме, то автоматом используется ведущим лишь передний привод, в остальных же случаях распределение крутящего момента подаётся уже на две оси. В режиме ускорения крутящий момент на колёса поступает в основном от двигателя внутреннего сгорания, а если необходимо нарастить динамику, то в ход идут уже и электромоторы, дополняющие ДВС. Но вот более интересным моментом всё же является торможение. Электронный «мозг» автомобиля держит под контролем включение и выключение Когда стоит подключить гидравлику, а когда и рекуперативное торможение, но предпочтение всё же отдаётся второму. То есть, когда водитель гибридного автомобиля нажимает на педаль тормоза, электродвигатели переходят генераторный рабочий режим, создавая тем самым тормозной момент на колёсах, при котором также вырабатывается электроэнергия, которая и подпитывает аккумулятор через распределительный энергоцентр. В этом то и утаилась вся суть «изюминки» гибридного двигателя.

В привычной же нам классике энергия, выделяемая при торможении расходуется в пустую, просто теряясь в пространстве как тепло от тормозных дисков и других деталей. Использование тормозной энергии очень эффективно в условиях города, когда частое торможение на светофорах – обычное дело. Система VDIM, которая является управляющей автомобильной динамикой, управляет работой всех автомобильных систем активной безопасности, объединяя их в единый «организм».

Пожалуй, первым удачным экземпляром, оснащённым гибридным двигателем, выпущенным в массы стал известный уже ныне «Prius» от компании Toyota. Этот чудо автомобиль расходует всего чуть более трёх литров бензина на каждые сто километров в городском режиме. Также японская компания пошла далее, выпустив свой люксовый гибридный кроссовер Lexus RX400h. Но и стоимость данного авто в среднем в пределах 70 000 у.е. Заметим, что первое поколение Toyota Prius уступало автомобилям того же класса с двигателями внутреннего сгорания по скоростным и мощностным характеристикам, в отличие от Lexus RX400h, который изначально составлял хорошую конкуренцию в своём классе.

После Toyota лидирующие мировые автомобильные концерны тоже не оставили без внимания использование гибридных двигателей, так как в этом было увидено решение глобальной проблемы загрязнения природной среды и топливной экономии. И так последовало объявление о создании гибридной грузовой и транспортной техники от компании Volvo Group. По их расчётам выпуск данной продукции со временем сократит потребление топлива на целых 35%.

Но при всём величайшем желании и расчётах автомобильных концернов, автомобили с гибридными двигателями пока что не раскупают по всему миру как горячие пирожки. Популярность гибридных автомобилей набирает обороты лишь в Канаде и Штатах. Спрос на гибриды среди американского населения вырос из-за резкого подорожания топлива, которое нещадно палили раньше. Ведь американский автопром всегда славился своими «мускул-карами» с невероятно мощными моторами и огромным потреблением горючей жидкости. Европейские автолюбители к автомобилям с гибридными двигателями отнеслись в целом нейтрально. Там заправляет достаточно экологичный и более экономичный, заслуживший доверие ветеран, - дизель.

Большая часть автомобилей Европы заправляются дизелем, что нельзя сказать о США. Более того автомобили с дизельными двигателями гораздо дешевле гибридных, к тому же проще и надёжнее в своей конструкции. Ведь всем известен такой постулат: «чем сложнее сконструирована система, тем менее её надёжность». Именно этот фактор и определяет количество гибридных автомобилей на территории нашей страны. Официально такие автомобили к нам не поставляют, а проблема СТО просто неминуема в случае поломки. Профильных СТО по ремонту гибридных двигателей попросту нет в нашей стране. А самостоятельно такой аппарат, думаем, вряд ли кто-то возьмётся чинить.

Устройство гибридного двигателя – описание схемы

Итак, мы с Вами вкратце рассмотрели, что такое гибридный двигатель и почему его применение не настолько распространено в мире, как того бы хотелось. Теперь хотелось бы «копнуть» поглубже и рассмотреть схему его строения. А ведь их существует три. Предлагаем начать с простейшей схемы, которая вызывает у нас наименьший интерес – это последовательный гибридный двигатель.

Последовательная схема гибридного двигателя

В данной схеме запуск автомобиля происходит от электрического мотора. Двигатель внутреннего сгорания находится в связке с генератором, питающим батарею аккумулятора. Гибридные автомобили с последовательной схемой силового агрегата (Plug-inHybrid), зачастую, выпускаются с возможностью подключения к электрической сети по окончанию поездки. Наличие данной функции подразумевает использование аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью, что существенно сокращает затраты топлива на использование двигателя внутреннего сгорания, что в свою очередь сокращает количество вредных выбросов в атмосферу. К таким автомобилям можно отнести Chevrolet Volt и Opel Ampera. Их так же называют электромобили с широким радиусом действия. Эти автомобили могут ехать лишь питаясь от аккумуляторной батареи со скоростью 60 км/ч и используя энергию генератора, приводящего в действие бензиновый двигатель целых 500 километров.

Параллельная схема гибридного автомобиля

При данной схеме параллельно подключенные двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель устанавливаются таким образом, что могут работать как отдельно друг от друга, так и вместе. Такой эффект достигается благодаря конструкции агрегата, в которой бензиновый двигатель, электромотор и трансмиссия соединены автоматически управляемыми муфтами. Автомобиль с такой схемой гибридного двигателя использует электромотор небольшой мощности, примерно в 20 кВт. Его основной задачей является добавление мощности ДВС во время ускорения автомобиля.

В большей части подобных конструкций электромотор устанавливается между двигателем внутреннего сгорания и Он так же выполняет функции генератора и стартера. Известнейшими представителями среди автомобилей с последовательной схемой гибридного двигателя являются BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Данная схема появилась благодаря проявлению инициативы компании Honda с её системой Integrated Motor Assist - IMA. Работу данной системы можно подразделить на несколько характерных режимов:

- работа от электродвигателя;

Совместная работа электромотора и ДВС;

Работа от ДВС с параллельной зарядкой аккумуляторной батареи при помощи электромотора, который выполняет функцию генератора;

Подпитка аккумулятора в период рекуперативного торможения.

Последовательно-параллельная схема гибрида

В данной схеме электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания связываются при помощи планетарного редуктора. Это позволяет одновременно передавать мощность от каждого из моторов на ведущие колёса в соотношении от 0 до 100% от номинальной мощности. Последовательно-параллельная схема отличается от предыдущей тем, что на первой установлен генератор, который создаёт энергию для работы электромотора.

Известными представителями автомобилей с такой схемой гибридного двигателя являются Toyota Prius, Ford Escape Hybrid , Lexus RX 450h. В данном сегменте «гибридного» рынка лидирует компания Toyota со своей системой Hybrid Synergy Drive - HSD. Силовой агрегат системы Hybrid Synergy Drive представлен следующим образом:

- ДВС связывается с планетарным редуктором;

Электродвигатель, который присоединён к коронной шестерне планетарного редуктора;

Солнечная шестерня планетарного редуктора соединенная с генератором.

Двигатель внутреннего сгорания работает в цикле Аткинсона, а значит на низких оборотах он вырабатывает малую мощь, результатом чего является лучшая топливная экономичность и меньшее количество выхлопных газов.

Авто с гибридным двигателем – плюсы и минусы

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Самым важным плюсом автомобилей с гибридными двигателями является их экономичность. Топливный расход у таких автомобилей на 25% меньше чем у классических машин с двигателем внутреннего сгорания. А в условиях нашей ситуации с постоянно повышающимися цена на бензин это очень важный фактор.

2. Следующий не менее важный пункт Следующий по важности пункт среди положительных сторон гибридных двигателей – это экологичность. Гибридные автомобили наносят гораздо меньше урона нашей экологии чем классические. Это достигается благодаря более рациональному топливному расходу. А при полной остановке автомобиля, ДВС прекращает работать, передавая бразды правления электрическому мотору. Следовательно во время остановок гибридного автомобиля атмосфера не загрязняется выбросами СО2.

3. Батареи гибридных двигателей подзаряжаются от бензинового двигателя, чего нельзя сказать об электромобилях, что делает запас хода топливного двигателя гораздо большим. И ещё он может дольше обходиться без дозаправки.

4. Современные гибридные автомобили ничуть не уступают аналогичному классу традиционных по всем основным характеристикам. Так что развеем этот миф, которому многие, скорее всего верят.

5. В городских условиях с частыми остановками гибридные автомобили работают как электромобили.

6. Стоя на месте автомобиль с гибридным двигателем полностью бесшумен, так как он работает только на электродвигателе.

7. Заправка гибрида осуществляется бензином и таким же образом, как и традиционного автомобиля.

Минусы гибридных автомобилей

В мире нет ничего идеального, а значит и гибридные двигатели тоже имеют свои минусы.

1. И основным минусом является дорогой ремонт. Так как конструкция таких двигателей очень сложна, то и найти специалиста, который займётся устранением проблем, очень сложно. Этим и объясняется большая стоимость обслуживания гибридов.

2. Аккумуляторы, установленные на гибриды подвержены саморазрядке. Также они не переносят резких перепадов температур. А срок службы их сильно ограничен. Но до сих пор пока не выяснили то, какое влияние на окружающую среду оказывают аккумуляторы из-за чего утилизировать их является проблемной задачей.

Очевидно, конечно, что гибридные двигатели имеют больше плюсов чем минусов, но в нашей стране они не прижились пока что. Первая причина для этого – цена. Стоимость в Украине популярной Toyota Prius составляет от 850 000 гривен. А ведь он не только самый-самый в своей популярности, но и самый дешёвый. Также в России планировалось наладить выпуск гибрида под названием «Ё-мобиль», но проект был свёрнут. На сегодня самым мощным автомобилем с гибридным двигателем является BMW ActiveHybrid X6.

Борьба за экологию в наше время идёт полным ходом и очень рьяно, в связи с чем автолюбителей стимулируют к приобретению автомобилей с гибридными двигателями. Так в Америке владельцам таких автомобилей предоставляются определённые льготы и бесплатные места на парковках. В нашей стране также планируются вводиться похожие законы, в частности будут уменьшены пошлины на импорт автомобилей с гибридными двигателями. Бензиновые двигатели уже понемногу отходят на задний план, утрачивая свои позиции. И гибридные двигатели – один из основных шагов, которые предпринимаются для этого. Но пока ценовая категория этих автомобилей остаётся на том же уровне, спрос на них будет малый.

О ценах на авто с гибридными двигателями

Как и всё новое, необычное и интересное, автомобили с гибридными двигателями отличаются от своих классических собратьев большей стоимостью. Сегодня гибридные автомобили гораздо превышают в стоимости автомобили с аналогичными характеристиками, но с бензиновыми двигателями. Например, гибридная Toyota Camry превосходит по стоимости своего бензинового собрата почти на 7 000 долларов. Стоимость гибридной Honda Civic возросла на 4 000 долларов по сравнению со своей традиционной моделью. Lexus GS 450h – это прекрасный динамичный (от 0 до 100 всего за 5,9 секунд) автомобиль, который ещё и гораздо экономичнее аналогичных по мощности седанов с восьмицилиндровыми двигателями. Топливный расход этого автомобиля приблизительно 8 литров на 100 километров в смешанном цикле. Средняя розничная цена на этот автомобиль в Украине в среднем будет составлять около 80 000 долларов.

На тему внедрения гибридных автомобилей, конечно, можно рассуждать долго и занимать определённые позиции и отстаивать свои точки зрения, но ясно одно – будущее не за горами и скоро этот скачок будет совершён. Перемены в автомобилестроении грядут грандиозные! И надеемся это будет то, что нужно всем нам.

Благодаря своей экономичности и надежности гибридные автомобили Тойота вызывают огромный интерес у потребителя. Плавный ход и устойчивость на дороге, оказывается, далеко не все достоинства этого японского автомобиля. Отличные ходовые качества машины удивительно сочетаются с экономичным расходом топлива. Работу гибридного автомобиля Тойота Приус обеспечивают два источника мощности: электромотор и двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Давайте попробуем разобраться, каким образом при повышении мощности машина может расходовать бензин на уровне малолитражки. Устройство гибридного автомобиля Тойота Приус состоит из:

• двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• электромотора;
• планетарного редуктора (делителя мощности);
• генератора;
• инвертора;
• аккумуляторной батареи.

ДВС и электромотор могут работать одновременно, поочередно и дополнять друг друга при необходимости. В гибридном устройстве, крутящий силовой момент на колеса может передаваться от электромотора и ДВС напрямую в различных пропорциях.

Это осуществляется с помощью планетарного редуктора (делителя мощности), который состоит из набора шестерней. Четыре из них присоединены к бензиновому двигателю, а наружная — к электромотору. Еще один сателлит присоединен к генератору, который при необходимости посылает энергию на электромотор или заряжает батарею.

Одним из главных достоинств Приуса можно считать то, что в отличие от электромобилей, для зарядки гибридного автомобиля не требуется подключение к сети питания. Процессор, управляющий всеми действиями машины, подзаряжает при необходимости аккумулятор от ДВС.

Принцип работы гибридного автомобиля

Основная задача инженеров Toyota состояла в том, чтобы создать экономичную машину, которая на трассе не уступала бы мощным «железным коням», но при этом имела бы небольшой расход двигателя. Для этого было использовано сочетание ДВС и электромотора. Чтобы достичь максимальной эффективности, в Тойоте Приус оба источника мощности могут работать отдельно, вместе и параллельно.

Итак, принцип работы гибридного Тойота Приус. Запуск двигателя и разгон автомобиля производится с помощью тягового электромотора. Он вращает внешний сателлит планетарного редуктора и передавая, таким образом, крутящий момент на колеса. Но на аккумуляторе далеко не уедешь. Поэтому, как только автомобиль набрал скорость, в дело включается ДВС.

Совместное использование электромотора и ДВС позволяют добиться максимального КПД (коэффициента полезного действия) всей системы, поскольку. При нажатии на тормоз двигатель внутреннего сгорания отключается и происходит так называемое рекуперативное торможение (вся энергия от сопротивления преобразуется в электрическую), при котором электродвигатель, работая в режиме генератора, заряжает аккумуляторную батарею.

Если автомобилю снова требуется повышенная мощность, например для обгона, вновь включается электромотор, энергии которого вполне хватает для резкого набора скорости. Схемы работы гибридных автомобилей были рассчитаны для увеличения экономичности авто и снижения выброса углекислого газа в атмосферу. При повышении расхода топлива (при нажатии на педаль газа), управляющий компьютер посылает сигнал на делитель мощности и включает электрический источник, что позволяет ДВС работать в режиме без нагрузок.

Toyota обладают уникальной надежностью и гибкостью, поскольку управление движением производится большей частью по проводам, минуя использование сложных узлов и агрегатов. Кстати, в гибриде Тойота Приус генератор выполняет роль стартера, и помогает «раскрутить» ДВС до необходимых 1000 оборотов.

Режим работы двигателя

• Старт. Перемещение при помощи только электрической тяги.
• Движение с постоянной скоростью. В этом случае производится передача крутящего момента на генератор и колеса.
• Генератор, при необходимости, подзаряжает аккумулятор и передает энергию на электромотор. При этом происходит суммирование крутящих моментов обоих тяговых установок.
• Форсированный режим. Электромотор, получая дополнительное питание от генератора, усиливает мощность бензинового двигателя.
• Торможение. Гибрид тормозит большей частью при помощи электродвигателя. Однако при сильном нажатии на педаль, задействуются гидравлические узлы, и торможение происходит обычным способом.

Двигатель (ДВС)

Тип двигателя Тойота гибрид — Hybrid Synergy Drive (гибридный синергетический привод), позволяющий сочетать два источника мощности: ДВС и электромотор. Давайте выясним, какие топливные двигатели устанавливаются на Приус.

В середине 50 годов прошлого столетия инженер Ральф Миллер предложил усовершенствовать идею Джеймса Аткинсона . Суть идеи выражалась в повышении эффективности ДВС путем сокращенного хода сжатия. Именно этот принцип, который теперь часто именуют циклом Миллера/Аткинсона, используется в гибридных двигателях компании Тойота.

Итак, Тойота Приус гибрид, как работает двигатель этого автомобиля. В отличие от других моделей ДВС, процесс сжатия в цилиндре начинается не в момент начала движения поршня вверх, а несколько позже. Поэтому перед закрытием впускных клапанов часть смеси из топлива и воздуха выходит обратно во впускной коллектор, что позволяет увеличить время, в которое используется энергия давления расширяющих газов. Все это обуславливает значительное повышение КПД двигателя, увеличение экономичности агрегата, а также повышает крутящий момент.

Характеристики двигателя:

• Объем — 1794 куб см.
• Мощность (лс/Квт/об мин) — 97 / 73 / 5200.
• Крутящий момент (Нм/об мин) — 142/4000.
• Подача топлива — инжектор.
• Топливо — бензин АИ 95, АИ — 92.

Расход Тойота Приус гибрид на 100 км в городском цикле составляет 3,9 л, по трассе — 3,7 литров.

Электромотор автомобиля Тойота

Конструкция гибридного синергетического привода предусматривает использование тягового электродвигателя. Мощность электромотора Тойота Приус- 56 кВт, 162 Нм. Этот агрегат обеспечивает движение автомобиля со старта и до набора постоянной скорости, включается, когда машина идет на обгон и участвует в торможении. Вся система Тойоты Приус продумана до мельчайших деталей. Зарядка гибридного автомобиля осуществляется в процессе движения, от ДВС через управляющий генератор.

Аккумуляторная батарея

Гибрид оснащен двумя аккумуляторами (основным высоковольтным и вспомогательным), оба находятся в багажнике автомобиля. Основное устройство аккумуляторной батареи автомобиля изготовлено из никель-металл-гидридного сплава и имеет емкость 6,5 А/ч, напряжение 201, 6 В. Этот агрегат имеет собственную систему охлаждения. Внутри высоковольтной батареи находится контроллер, управляющий процессом зарядки каждой ячейки (блока) всего 168 ячеек.

Расход и восстановление энергии аккумулятора контролирует управляющий процессор автомобиля. Аккумуляторная батарея Тойоты Приус не требует подзарядки от электрической сети, этот процесс осуществляется во время движения и торможения (большей частью) транспортного средства.
Вспомогательный аккумулятор: 12 В (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

Заключение

Несмотря на достаточно высокую стоимость, гибридные автомобили вызывают все больше интереса у покупателей. В сравнении с другими гибрид-автомобилями, Тойота Приус действительно потребляет значительно меньше топлива, и обладает низким уровнем выброса углекислого газа.