Приус, как работает гибрид

Последовательный гибридный привод

Приус, как работает гибридНа автомобилях с последовательным ги­бридным приводом (см. рис. «Последовательный гибридный привод (S-HEV)» ) двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение электропривод, который работает в качестве генератора. Генерируемая таким образом электроэнергия, совместно с тяговой аккуму­ляторной батареей используется для питания второго электропривода, который приводит автомобиль в движение. С точки зрения рас­пределения потоков энергии здесь имеет ме­сто последовательное соединение.

Последовательный гибридный привод можно отнести к «сильному» гибридному приводу, поскольку при такой конфигурации могут выполняться все требуемые функции (пуск/останов двигателя внутреннего сгора­ния, рекуперативное торможение, гибридный привод, движение только на электроприводе).

Преимущества:

В связи с отсутствием механического соеди­нения между двигателем внутреннего сгора­ния и ведущими колесами эта конфигурация дает определенные преимущества. Так, в кинематической цепи привода не требуется наличия трансмиссии с обычным диапазоном передаточных отношений. Это дает дополнительное свободное пространство для разме­щения всей системы привода.

Кроме того, запуск двигателя внутреннего сгорания во время движения на электропри­воде не оказывает нежелательного влияния на движение автомобиля.

Основное преимущество заключается в возможности свободного выбора рабочего режима двигателя. Это способствует сниже­нию расхода топлива и токсичности отрабо­тавших газов. Также работа двигателя может быть оптимизирована в пределах ограничен­ного рабочего диапазона.

Недостатки:

Недостатки последовательного гибридного привода заключаются в необходимости двой­ного преобразования электроэнергии. Потери, связанные с этим двойным преобразо­ванием, выше, чем в случае чисто механической передачи мощности посред­ством трансмиссии.

Кроме того, для передачи мощности двига­теля внутреннего сгорания требуются два электропривода одинаковой мощности.

При низких скоростях последовательный гибридный привод, несмотря на большие потери, дает экономию топлива, поскольку при этих условиях преимущества свободного выбора рабочего режима двигателя пере­вешивают недостатки такой конфигурации. При средних и высоких скоростях ситуация меняется на противоположную.

Применение последовательного гибридного привода

В настоящее время последовательные ги­бридные приводы применяются в основном на дизель-электрических локомотивах и городских автобусах.

На легковых автомобилях конфигурации последовательного гибридного привода все более широко используются на электромобилях, рабочий диапазон которых расширяется за счет двигателя внутреннего сгорания.

Последовательно-параллельный гибридный привод

Приус, как работает гибридПоследовательно-параллельный гибридный привод представляет собой расширение по­следовательного привода (см. рис. «Последовательно-параллельный гибридный привод (SP-HEV)» ) за счет механического соединения двух электропри­водов при помощи управляемого сцепления.

Последовательно-параллельный гибрид­ный привод, сохраняя преимущества после­довательного привода в диапазоне низких скоростей, избавлен от его недостатков в ди­апазоне средних и высоких скоростей. Когда сцепление включено, последовательно-­параллельный гибридный привод работает как параллельный привод.

Поскольку двойное преобразование элек­троэнергии имеет место только в диапазоне низких скоростей и значений выходной мощ­ности, для последовательно-параллельного гибридного привода достаточно электропри­водов меньшей мощности, чем для последо­вательного привода.

В то же время, последовательно-парал­лельный привод теряет указанное выше преимущество последовательного привода в отношении компактности в связи с механи­ческим соединением двигателя внутреннего сгорания с ведущими колесами. По сравне­нию с параллельным гибридным приводом для выполнения такой же задачи требуются два электропривода.

Преимущества

Если проанализировать цены на гибриды, то можно заметить, что они дороже привычных машин. Стоит ли бояться «кусающихся» сумм? Необходимо, прежде всего, проанализировать, что же вы получаете в итоге при покупке такого варианта. И только после этого решать, готовы ли к вложению капитала (даже если это покупка в кредит), который в итоге превратится в ежедневную экономию. И чем сильнее будут повышаться цены на бензин, тем больше станет ваш чистый доход.

Но начнём немного с другого. Авто с гибридным двигателем способствует уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, которые снижаются в десять раз. Как результат, жизнь в городе становится более комфортной и вы вносите свой вклад в оздоровление планеты. Вдобавок экономите на штрафах за превышение выбросов в атмосферу.

Батареи подзаряжаются от бортовой энергетической установки, в итоге не нужен внешний источник для постоянной зарядки, как в электродвигателях. По сути, вы приобретаете дополнительный источник энергии, что повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания.

Благодаря разработкам опытных специалистов масса бензинового двигателя значительно снижается, как результат, — и общий вес автомобиля. Каждый автолюбитель знает, что это значит. Расход бензина на 100 км «Оки» никак нельзя сравнить с Toyota Auris. И это зависит прежде всего от массы. В результате идёт комплексная экономия за счёт заправки и использования электроэнергии.

Для изготовления всех деталей, в том числе и кузова, применяют лёгкие материалы. При этом они прочные и надёжные: из металлов (алюминиевые сплавы, магний), а также углепластик. Для общей информации: всего 56 кг весит двигатель Insight объёмом 1 л, при этом мощность достаточно приличная (67 лошадиных сил) и обороты в минуту (5 700). «Помощь» электродвигателя на старте позволяет обеспечить разгон с 0 вплоть до 100 км/ч.

В таких авто отпала необходимость в коробке передач. Происходит автоматическое изменение силы тяги ведущих колёс, которое обеспечивает электродвигатель.

Благодаря постоянным разработкам дизайнеров повышается аэродинамика. Это то, за что борются все конструкторы. Именно сопротивление силе воздуха и ветра не позволяет «съедать» значительные ресурсы внутреннего «сердца», помноженное на помощь параллельной системы энергии.

Ещё одним из ресурсов экономии является установка специальных, более жёстких, в сравнении с обычными, шин. Они накачиваются под относительно высоким давлением. Это способствует снижению сопротивляемости дорожному покрытию.

Перспективы развития этого направления машиностроения возможны только при комплексном подходе: разработка облегчённых кузовов, ёмких, но в то же время компактных аккумуляторов (чтобы они не занимали много места под капотом); усовершенствование более простой, быстрой и доступной зарядки аккумуляторных батарей; улучшение системы «повторного» использования энергии.

Рассмотрев все особенности авто с гибридным двигателем, можно прийти к выводу: конечно же, это не вечный двигатель, о котором мечтают любой автомобилист и борцы за чистоту окружающей среды. Скорее, это очередной шаг по пути модернизации моторов, борьба за экономию истощающихся природных ресурсов. Но они помогают значительно экономить средства на каждой заправке. Поэтому, если вы стоите перед выбором нового автомобиля, подумайте о том, что покупка такой модели в итоге подарит значительные бонусы: по сути, каждые сто километров поездки будут «откладывать» в ваш кошелёк дополнительные деньги в сравнении с двигателями внутреннего сгорания.

Основные преимущества и недостатки гибридных авто

Приус, как работает гибрид

Главным плюсом от использования тандема ДВС и электромотора стало заметное снижение расхода горючего. Показатель расхода топлива у современных гибридных машин до 30 % меньше по сравнению с обычными авто. Сжигание меньшего количества бензина или солярки одновременно позволило снизить уровень токсичности гибридов.

Получается, гибридные авто являются  более экономичными и дружелюбными к окружающей среде сравнительно с традиционными аналогами, которые оснащаются только ДВС. Также гибриды производят меньше шума в процессе работы.

Что касается электромобилей, гибридные решения сравнительно с электрокарами имеют больший запас хода, а также являются «универсальными» с точки зрения повседневной эксплуатации. Гибрид не требует обязательной зарядки от электросети и заправляется простым бензином.

После сжигания топлива часть энергии накапливается в аккумуляторе, от которого приводится в действие электродвигатель. Дополнительным источником питания для заряда аккумулятора выступает рекуперация торможения, то есть преобразование кинетической энергии движущегося авто в электричество.

Также гибридные авто имеют целый ряд конструктивных решений и максимум вспомогательных систем для высокой экономичности и снижения уровня вредных выбросов: система старт-стоп, изменение фаз ГРМ, система EGR, подогрев ОЖ отработавшими газами и т.д.

К недостаткам гибридов эксперты относят высокую начальную стоимость, а также определенные сложности в процессе ремонта и обслуживания подобных машин. Еще одним минусом является возможный критический разряд аккумулятора гибрида и быстрый выход из строя данного элемента в условиях значительных колебаний температур.

Стоит добавить, что хотя гибридные машины демонстрируют высокие показатели экономичности в городском потоке (постоянные остановки, работа в режиме холостого хода, движение на малых скоростях), на трассе эффективность гибридной силовой установки не так заметна.

Дело в том, что в основе работы гибридов лежит определенное распределение нагрузок между агрегатом на электротяге и двигателем на углеводородах. Для поддержания высокой скорости основная нагрузка ложится именно на ДВС, в результате чего расход топлива закономерно возрастает.

Принцип работы гибридного мотора

Приус, как работает гибридЧтобы понять, что представляют собой и как работают автомобили с гибридным двигателем, следует рассмотреть принцип их действия. Сегодня, учитывая степень гибридизации, выделяют три типа двигателей:

  • умеренные;
  • полные;
  • plug-in.

Для первой категории гибридного автомобиля характерна постоянная работа ДВС. А установленный электродвигатель включается и работает в экстремальных условиях, когда автомобилю нужна мощность. Такой подход экономит топливо (ведь его расход при увеличении мощности возрастает), равномерно использовать ДВС и не допускать чрезмерных перегрузок.

Для второго типа гибридного авто характерна работа в качестве тягового агрегата только электродвигателя. ДВС используется как источник постоянной подзарядки. Это дает выработать постоянный режим работы ДВС, что дает достигнуть максимального показателя КПД. При этом, учитывая, что не требуется снижение или увеличение тяговой нагрузки, расход топлива снижается.

В третьем случае в автомобиле добавляется возможность прямой подзарядки от источника электрического питания. Такой тип машины полностью избавляется от главного недостатка электромобилей, а именно он может работать после окончания заряда батареи (в этом случае включается ДВС и машина начинает работать по принципу гибрида).

Ко всему прочему современные гибридные автомобили еще и оснащаются системами KERS (осуществляют переработку кинетической энергии вращения). Суть системы сводится к дополнительной подзарядке аккумуляторных батарей за счет вращательной энергии колес. Это когда машина двигается накатом (свободным ходом), либо во время торможения. Такой подход позволяет еще больше снизить уровень потребления топлива.

Из чего состоит гибридный двигатель Тойота Приус

Для того чтобы разобраться, как работает гибридный Тойота Приус, понадобится ознакомиться с базовыми компонентами установки. Она включает в себя бензиновый мотор и два мотор-генератора.

Принцип действия ДВС основан на использовании цикла Аткинсона. В качестве топлива допускается использовать бензин марок АИ-92 и АИ-95. Силовой агрегат отличается сниженным уровнем токсичности, экономичным расходом и высоким коэффициентом полезного действия. Функционал планетарной передачи позволяет передавать вращательный момент на колеса автомобиля, а также обеспечивать работу мотор-генератора. Это способствует выработке электрической энергии для поддержания заряда аккумуляторной батареи, функционирования климатической установки и других электроприборов.

Мотор-генератор №1 и №2

Первый предназначен для запуска ДВС, выступая в роли классического стартера. Также он обеспечивает работу мотор генератора №2, при снижении заряда АКБ. Еще одной функцией электродвигателя №1 является выработка электрической энергии для передачи заряда аккумуляторной батареи.

Второй мотор-генератор обеспечивает непосредственную передачу вращательного момента на колеса, беря энергию из ВВБ.

Принцип работы электромоторов Тойота Приус основан на взаимодействии электромагнитных полей. Для этого используются мощные неодимовые магниты в роторе. Обмотка статора состоит из медных проводников. Оборудование может работать в двух режимах:

Генераторный – происходит выдача трехфазного переменного напряжения с выводов статора. Оно преобразуется в постоянное, за счет применения конвертора. В дальнейшем выработанная энергия направляется на поддержание работы электрооборудования и заряд АКБ;

Двигательный – мотор-генератор получает трехфазное питание на обмотку статора, далее начинает вращаться ротор. Это происходит за счет взаимодействия магнитных полей. В результате получается кинетическая энергия.

Планетарная «коробка передач»

Сложная конструкция планетарного механизма обеспечивает качественное функционирование гибридной установки. Редуктор разработан таким образом, чтобы подключать бензиновую установку исключительно для обеспечения работы генератора или вращения колес. При этом последний режим используется только при наборе оптимального числа оборотов 2ZR-FXE. Указанный показатель находится на уровне от 2000 об/мин.

Принцип распределения работы моторов Тойота Приус гибрид, благодаря конструкции планетарного механизма, выглядит следующим образом:

  • передвижение машины на низких скоростях осуществляется на электротяге;
  • для обеспечения набора скорости и ее поддержания используется дополнительная энергия от генератора, который двигается с помощью ДВС.

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.

https://youtube.com/watch?v=k1nG8PkP28E

Японские конструкторы смогли разработать гибридный агрегат для моделей Toyota Prius, использующий полезную работу трех двигателей. Они функционируют благодаря одноосному редуктору. Рассмотрим принцип работы и устройство гибридного двигателя Тойота Приус.

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.

Эксплуатация гибридов разрушаем мифы

Приус, как работает гибрид

  • Гибридные авто являются новинкой, которая до конца не усовершенствована и имеет множество недоработок. Это миф, так как бренд Тойота занимается полномасштабным серийным производством гибридных моделей почти 20 лет.
  • В гибридах разряжаются аккумуляторы, что приводит к проблемам. Это правда, но только частично. На начальных этапах развития технологии подобные случаи встречались, но сегодня высокоточная электроника не допускает глубокого разряда батареи.
  • Гибридные авто чаще ломаются, их дорого и сложно ремонтировать. Это миф, так как гибридные автомобили не менее надежны в эксплуатации по сравнению с обычными дизельными и бензиновыми ДВС. Большинство СТО комплексно обслуживают гибриды наравне с обычными авто. Более того, КПП в гибридах исключает наличие фрикционов, что делает такую трансмиссию простой и надежной, чего не скажешь о различных типах АКПП. Что касается ДВС, мотор на гибридах чаще работает на низких оборотах, не выходит на пиковые нагрузки. Если также учесть цикл Аткинсона, тогда моторесурс двигателя на гибриде намного больше обычного мотора.
  • ДВС гибрида имеет меньшую мощность, такие авто теряют в динамике сравнительно с аналогами. Да, мощность ДВС на гибридах меньше, но за счет добавления электромотора суммарная мощность установок значительно превосходит мощность обычных аналогов с одним бензиновым мотором.
  • Расход гибридной машины на практике не сильно отличается от обычного авто. Частично это правда, так как показатель расхода гибридных автомобилей напрямую зависит от режимов езды. Для достижения максимальной экономичности необходимо изменить стиль вождения на медленный, спокойный и плавный, избегая разгонов, активного дросселирования и т.д. Другими словами, сильные нажатия на педаль газа будут давать команду системе управления к тому, что необходимо завести ДВС.

Идея экономии горючего в гибридных авто состоит в том, чтобы при заряженном аккумуляторе как можно дольше двигаться только на электротяге на скоростях до 60 км/ч., чего зачастую хватает в плотном городском потоке.

Также необходимо добавить, что система учитывает большое количество факторов: наружную температуру, степень прогрева ДВС и ОЖ, заряд батареи, движение под уклон или на горку и т.д. В разных условиях гибрид может задействовать ДВС, а может передвигаться только на электрической энергии.

  • Аккумулятор для гибрида трудно найти в свободной продаже, а также батарея занимает много места в багажнике автомобиля. Это миф, так как аккумуляторы для гибридов всегда доступны к заказу в авто магазинах, а также представлен широкий выбор на различных Интернет-ресурсах. Что касается свободного места, батарея практически не занимает полезное пространство в багажном отсеке.
  • На гибридную машину нельзя поставить газ. Это миф, так как мировые производители ГБО производят оборудование, совместимое с электронным блоком управления гибридным авто.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: