Как устроены гибридные грузовые автомобили

Гибридный автомобиль— особый вид транспорта, работающий на разных источниках энергии. Чаще всего речь идет о машинах с ДВС и электромотором, что позволяет экономить топливо в режиме небольших нагрузок.

Еще одним вариантом является совмещение агрегатов, работающих на классическом принципе (внутреннее сгорание) и сжатом воздухе, но они встречаются редко. Ниже рассмотрим особенности этого транспорта, как он работает, в чем плюсы и минусы, и какие перспективы ожидают гибридов в будущем.

История гибридных автомобилей

История создания гибридных автомобилей началась еще в конце XIX века. В 1897 году совмещением электрического мотора и ДВС занялась компания Parisienne des Voitures Electriques. При этом первой машиной-гибридом многие считают Lohner-Porsche, которая была разработана и выпущена уже в начале XX века. Активной разработкой таких моторов занималась и компания General Electric. В Соединенных Штатах созданием гибридов заинтересовался Виктор Воук, который начал работать в этом направлении в 1960-1970-х годах.

Создание автомобилей с гибридным двигателем в СССР курировалось Нурбеем Гулиа. Одним из представителей такого транспорта стал Уаз 450, где маховик накапливал энергию, а роль трансмиссии брал на себя вариатор ленточного типа. В 70-х годах прошлого века были организованы испытания автобусов для городской эксплуатации.

Разработчики создали двигатели, работающие на базе баллонов со сжатым азотом и маслом. Такая особенность позволила уменьшить расход почти вдвое, а также добиться значительного снижения количества вредных выбросов.

Устройство и принцип работы гибридных автомобилей

Читайте также: Камаз-54907 Континент, инновационный тягач поколения К6

На современном этапе гибридный двигатель совмещает в себе электрический и классический принцип ДВС. В качестве топлива во втором случае может использоваться бензин или дизель. Для нормальной работы применяются и иные узлы, функционирующие под управлением электронного блока.
Для понимания конструкции гибрида необходим знать, что его силовой агрегат состоит из следующих элементов:

• ДВС. Используются максимально легкие детали, делается расчет на снижение расхода горючего и уменьшение вреда для атмосферы. 
• Электрическая часть. Энергия может применяться в качестве движущей силы и выступать в роли источника энергии для ДВС. Этот элемент может быть частью общей силовой сети или размещаться отдельно. В продаже можно найти модели с обоими вариантами исполнения.
• Топливный бак. Выполняет стандартную функцию по подаче горючего к двигателю.
• Трансмиссия. В гибридных моторах могут использоваться разные типы таких механизмов: встроенные КПП, «механика», АКПП и т. д.
• Источник питания. В гибридах применяется два типа аккумуляторов. Первый рассчитан на высокое напряжение и предназначен для работы силовой установки.Второй — на 12 В для питания потребителей автомобиля. Все устройства активируются от стандартного АКБ.
• Инвертор. Используется для преобразования тока, поступающего от высоковольтного АКБ и конвертирующего его в 3-фазный вариант для электрического двигателя. Также он применяется для распределения энергии.
• Генераторная установка. В задачи этого узла входит производство электроэнергии.

Зная особенности конструкции, можно рассмотреть принцип действия устройства.

Важно

Принцип работы построен на индивидуальной или совместной работе разных агрегатов. Управляющие функции берет на себя блок управления, который устанавливает подходящий режим под определенную ситуацию.

Чаще всего применяется следующий принцип:

1. В условиях города применяется электрический мотор, имеющий сравнительно небольшую мощность.
2. При движении за населенным пунктом используется стандартный ДВС.
3. В остальных случаях (при остановках-ускорениях) силовые узлы работают совместно.

При использовании двигателя внутреннего сгорания параллельно происходит заряд электромотора для возможности его применения при небольших нагрузках.

Классификация гибридных силовых установок

Как отмечалось выше, гибридные силовые агрегаты могут быть разных типов. Они отличаются не только по принципу действия, но и по схеме взаимодействия, уровню электрификации, виду и иным параметрам. Ниже рассмотрим главные разновидности и особенности таких систем.

Мягкий гибрид

В таких автомобилях электромотор предназначен для поддержки основного двигателя. Он не используется для обеспечения движения машины. Процесс возвращения энергии происходит при нажатии на тормоз. Конструктивно в таких системах функцию маховика берет на себя стартер-генератор. К особенностям таких гибридов относится малая мощность, компенсируемая только электрической частью и лишь при наборе скорости.

Полный гибрид

В таких машинах электромотор используется только в городском режиме, а при выезде на трассу, где необходима более высокая скорость, применяется обычный двигатель на бензине. При этом схема соединения ДВС с электрической частью может быть различной: разветвленной, смешанной или последовательной. Автомобиль не берет заряд от сети, а сам процесс происходит только при рекуперации. В случае разряда Li-Ion источника питания необходимо перейти на стандартный мотор.

Гибриды-плагины

В таких машинах электрический узел получает энергию для заряда и вместе с ДВС обеспечивает движение колес. В новых гибридах при использовании двух видов двигателей доступна мощность батарей в 70-100 «лошадей». Возле бака для топлива предусмотрен разъем для зарядки от розетки. Гибриды-плагины способны преодолевать до 50 километров исключительно на электричестве.

Схемы работы электромотора и ДВС

В процессе развития гибридов появилось несколько схем взаимодействия электрического двигателя и ДВС. Кратко рассмотрим их особенности.

Последовательная

Наиболее простая система, предусматривающая приведение ДВС в работу с помощью вала генератора. Последний, в свою очередь, питает электрический мотор и обеспечивает вращение колес автомобиля. Конструктивно в таких машинах между приводной частью и генератором монтируется АКБ или суперконденсатор.
В такой схеме КПП, сцепление и иные элементы механики не нужны. На последовательных авто-гибридах установлены двигатели небольшой мощности.

Режим эффективен при частых остановках и разгоне, что характерно для движения в городском режиме. Из минусов — двойное преобразование энергии, что влияет на КПД и неэффективность при движении за городом.

Параллельная

Здесь электрический мотор может выполнять функции генератора и ДВС, который полностью независим и может работать без электрического двигателя. Электромотор дополнительно берет на себя задачи стартера и находится между КПП и ДВС. Аккумуляторы в таких авто очень компактны, что позволяет уменьшить авто. При работе мотора на бензине недостатки момента вращения покрывается электрической частью.

Цена гибридных автомобилей, работающих на параллельном принципе, выше. Это объясняется более высоким КПД и эффективностью. К минусам стоит отнести ограниченность компоновки и необходимость применения особой коробки передач. Такой вариант актуален при движении с малой и средней активностью.

Последовательно-параллельная

В роли первопроходцев такого принципа выступили создатели машин Тойота. Им удалось объединить лучшие характеристики последовательного и смешанного принципа. В последовательно-параллельных гибридных машинах электрическая часть работает в качестве генератора, выдает энергию, и может использоваться в качестве мотора для движения авто. Разные узлы объединяются с помощью редуктора, вырабатывающего минимальную мощность и обеспечивающего экономию горючего.

Особенности режима:

При активном ускорении электрический и обычный мотор работают индивидуально. Электродвигатель при этом питается от АКБ без потери мощности.
В движении при постоянной скорости мощность мотора распределяется к колесам и генераторной установке. При этом происходит подпитка электрического агрегата и аккумулятора.

Экономный режим подразумевает выключение электрической тяги с запитыванием электродвигателя от ДВС. К минусам схемы многие относят высокую цену компонентов, необходимость применения отдельного генератора, большой батарейный блок и сложное компьютерное управление.

Преимущества и недостатки гибридных двигателей

Перед тем как купить гибридный автомобиль, важно понимать сильные и слабые стороны такой техники.

Плюсы:

• Снижение расхода топлива в среднем на 30%.
• Уменьшение вреда для окружающей среды за счет менее вредных выбросов.
• Совместное применение электрического мотора и ДВС.
• Наличие полезных функций: старт-стоп, корректировка фаз газораспределения, рециркуляция отработавших газов и т. д.
• Эффективная работа на ХХ в условиях города.
• Минимальная шумность.
• Поддержание определенного режима с помощью системы управления.
• Возможность совершения длительных поездок без зарядки аккумулятора.

Минусы:

• Высокая стоимость запчастей и, соответственно, ремонта гибридных автомобилей.
• Потребность в создании постоянной нагрузки на аккумулятор.
• Трудности самостоятельного ремонта.
• Риск разряда АКБ в мороз до сверхнизких параметров.
• Большая цена транспорта. К примеру, за Тойоту Ярис придется выложить около 18 000 евро.

Перспективы авто с гибридными моторами

Многие автолюбители не представляют себе принцип работы и особенности гибридных авто, что создает препятствия на пути к росту их продаж. На практике имеющиеся разработки показывают перспективы такой техники, что лишний раз подтверждает компания Тойота. Если при использовании электромобилей человек полностью зависим от электрической части, в случае с гибридами открывается больше возможностей. Такие авто быстро заряжаются, универсальны, имеют более высокий запас хода и ряд других преимуществ.

Благодаря применению электрической части двигатели внутреннего сгорания испытывают меньшую нагрузку. Это, в свою очередь, положительно сказывается на ресурсе силового агрегата. Гибриды во многом выигрывают даже у авто с установленным ГБО. Это связано с более простым обслуживанием и безопасностью. 

Но реальные перспективы только за версией plu-in. Такой транспорт выделяется реальной экономией, отличается бесшумностью работы и сохраняет хорошую динамику. Но на перспективы гибридов также влияет развитие заправочной инфраструктуры. Это связано с тем, что батареи гибридных автомобилей необходимо заряжать.

Итоги

Популярность гибридов сегодня обусловлена многими факторами — плавностью движения на небольших скоростях, экономией топлива в сравнении с ДВС и возможностью совершения поездок на электрической тяге (пусть и с ограниченным километражем). Но развитие этого направления тормозится плохой развитостью инфраструктуры, высокой ценой и дороговизной обслуживания транспорта. При этом есть уверенность, что в ближайшее время эти проблемы удастся решить.