Гибридная трансмиссия — Энциклопедия журнала «За рулем»
Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль. Это значит, что все автомобили, продаваемые в Европе, а потом и в во всем мире, будут гибридными.
На самом деле секрета никакого нет. Дело в том, что коробка передач строится под характеристики ВСХ конкретного двигателя. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют небольшой рабочий объем, и поэтому зона рабочих оборотов, при которых он выдает приемлемую мощность, невелика. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям.
Однако простым увеличением количества ступеней дело не заканчивается. Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль.
Основные типы гибридных трансмиссий
Последовательный – самый очевидный из них. В нем двигатель крутит генератор, а ведущие колеса приводит электромотор. Преимущества схемы очевидны: в силу идеальной характеристики электромотора, он на любых оборотах в состоянии выдать максимальную мощность. Его крутящий момент почти по экспоненте возрастает с падением оборотов, стремясь к бесконечности при нулевых оборотах (на самом деле, бесконечности не будет, поскольку в моторе все же есть кроме реактивного сопротивления, которое и создает, собственно, крутящий момент, и активное – сопротивление проводов). С помощью электромотора гораздо легче сдвинуть с места тяжелые грузы, обладающие огромной инерцией. По такой схеме построены тепловозы и большегрузные самосвалы. Однако последовательный гибрид громоздок и дорог.
Раздельный гибрид (он же сплит) – пожалуй, наиболее совершенный с технической точки зрения гибрид на сегодняшний день. Наилучшим образом реализует возможности и ДВС, и электропривода. Но, к сожалению, требует разработки и изготовления целого ряда оригинальных узлов, причем, весьма сложных, оттого дорог. Подобный гибрид используется в Toyota Prius
Типы параллельных гибридных трансмиссий
Параллельные системы разбиты на три типа. Самый простой из них микрогибрид.
Микрогибрид
Микрогибрид способен обеспечить двигателю лишь режим старт-стоп, нужный для того, чтобы глушить двигатель на коротких остановках, например, на светофоре, чтобы он не работал впустую на холостом ходу. Пуском его занимается мощный стартер, который часто работает «по совместительству» и генератором. Коробка передач при этом используется штатная, с одним маленьким дополнением под названием HIS – Hydraulic Impulse Oil Storage – импульсный масляный насос. Он нужен для того, чтобы быстрее создать давление масла в каналах КП при пуске двигателя. Автомобили с подобными системами уже вовсю выпускаются.
Средний гибрид
Средний гибрид более сложный. Он предусматривает наличие электромотора мощностью 30-60 кВт. Такой мотор может помогать ДВС разгонять автомобиль, особенно на малых оборотах коленвала, а при торможении способен запасать электроэнергию в аккумулятор. Коробка передач в остальном самая обыкновенная, серийная, без каких-либо переделок.
Полный гибрид
Наконец, полный гибрид. Он обеспечивает, кроме прочего, движение только на элекротяге, при выключенном ДВС. Разумеется, электромотор здесь еще большей мощности, 60-100 кВт, а на грузовиках и автобусах – до 250 кВт.
В этой коробке передач уже нет гидротрансформатора – его роль с успехом выполняет электромотор. Он же используется и в качестве генератора для пополнения заряда АКБ. Разумеется, режим рекуперации здесь тоже имеется. Для движения на электротяге, при выключенном ДВС, предусмотрена специальная фрикционная муфта, отсоединяющая его от коробки передач. Вместо импульсного масляного насоса установлен электрический –
Преимущества и недостатки
Автомобиль с гибридной трансмиссией сложен и дорог, особенно с батареями большой емкости, цена которых сопоставима с ценой самого автомобиля. Видимо, дорогим окажется и его ремонт.
К выгодам гибрида можно отнести экономичность — полный гибрид в городском трафике снижает расход топлива до 30%. Кроме того, значительно надежнее пуск двигателя, особенно зимой – мощный электоромотор легко раскручивает ДВС до полутора-двух тысяч оборотов и даже больше, тогда как привычный стартер только до 200 об/мин.br>
wiki.zr.ru
Сообщества › Гибридные автомобили › Блог › Интересные факты о тойтовских гибридных автомобилях
Бороздя просторы Интернета «вот нашел» интересные факты о тойтовских гибридных автомобилях. Того кто это написал наверное натолкнули люди, которые проходя мимо гибридного авто на улице просто засыпают вопросами вроде «а как ты его заряжаешь?» и «правда ли что у тебя вместо багажника аккумулятор?»
Дальше просто голые факты и развенчание мифов о гибридах.
1. Гибридные автомобили — это уже не сырая технология. Тойота выпускает серийно Prius с 1997 года.
2. Гибридный автомобиль не надо заряжать от розетки. Более того, это даже не получится сделать. 3. Разряженный полностью гибридный аккумулятор — большая проблема. Но компьютер не допускает полной разрядки аккумулятора и вряд ли вы столкнетесь с такой проблемой.
4. Заправляется гибрид обычным бензином, который сжигается как в обычном автомобиле, но излишки энергии для эффективности накапливаются в мощном аккумуляторе.
6. Гибридные автомобили проще в обслуживании и надежней в эксплуатации, чем классические.
7. Гибридная коробка передач не имеет фрикционов, гораздо проще и надежней автоматических коробок.
8. Гибридный автомобиль имеет ДВС и два электродвигателя, работающих в качестве стартера, генератора, двигателя и системы рекуперативного торможения. Все это кроме ДВС встроено в коробку передач.
9. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) у гибрида дефорсирован, работает в основном на низких оборотах и имеет гораздо больший ресурс, чем ДВС с обычным циклом.
11. Расход гибридного автомобиля как и у обычного автомобиля очень сильно зависит от режима езды: рекуперативное торможение — это побочная бесплатная функция, которая собирает небольшие доли кинетической энергии.
12. Расход Camry Hybrid на практике составляет от 7 до 8 литров на 100 км. При езде по трассе можно выжать меньше 7. Обычная Camry 2.4 литра потребляет около 14 литров (при молдавском бензине и убитых дорогах)
14.Экономия достигается не только ездой с выключеным ДВС, а экономным циклом Аткинсона в ДВС и помощью электродвигателя. Электродвигатель в свою очередь может брать электроэнергию с аккумулятора или с генератора. Генератор получает свою часть механической энергии планетарным делителем мощности с ДВС.
15. При старте системы ДВС заводится на минутку для проверки и глохнет, но машина при этом готова к езде.
16. Если не нажимать сильно на акселератор, при заряженом аккумуляторе машина будет двигаться исключительно на электричестве. Если нажать посильнее — заводится ДВС.
18. На электричестве можно проехать около километра, немного привыкнув и разобравшись насколько сильно надо жать на педаль чтоб ДВС не заводился
19. У гибридной тойоты два аккумулятора: один обычный (почти) на 12V (в Camry 55AH) для питания выключеной системы и второй гибридный на 240V.
20. В гибридной электросистеме своя система охлаждения и тосол заливается в нее отдельно. Она подключена к общему радиатору.
21. Аккумулятор, который способен разгонять автомобиль весом в пару тонн, состоит из множества сменных ячеек. Батарея для гибрида имеет мощность 20 киловатт, а новые батареи 2010 г. уже идут на 27 киловатт. Новые более мощные батареи подходят к старым гибридам и свободно продаются на Ebay.
22. Если не стартуя автомобиль использовать мощное оборудование (магнитола, обогрев сидений), то можно посадить аккумулятор на 12V и автомобиль не сможет завести ДВС как и в обычной машине.
23. По размерам и характеристикам аккумулятор на 12V у гибридов абсолютно такой же, как у обычных авто, но имеет дополнительные контакты: в аккумулятор встроен термодатчик, отслеживающий перегрев и предотвращает закипание.
24. Оба аккумулятора находятся в багажнике
25. Самый громкий звук заведенного гибридного автомобиля обычно исходит от системы охлаждения: плеск тосола.
26. В багажнике очень много места и не сразу можно найти тот мифический гибридный аккумулятор, который по по мифам разных народов занимает весь багажник
27. Двигаясь в пробке на электродвигателе при разрядке аккумулятора, ДВС сам заведется и подзарядит аккумулятор примерно за 5 минут до половины заряда после чего заглохнет.
28. При движении накатом до 60 км./ч. ДВС глушится.
Гибрид может разгоняться на электричестве на скоростях до 60 км./ч. при небольшом склоне.
На высокой скорости ДВС не отключается, однако гибридная система собирает излишки энергии не поступившей с ДВС на колеса генератором и распределяет на электродвигатель и аккумулятор.
29. Гибридный автомобиль тормозит генератором, собирая кинетическую энергию в аккумулятор, но дожимает все равно тормозными колодками.
30. Чтоб тронуться в горку обычно мощности электродвигателя не хватает поэтому заводится ДВС.
31. Даже выключеный гибридный автомобиль издает различные страшные, странные стрекочущие звуки.
32. Чтоб стартовать гибридный автомобиль надо нажать кнопку “START”, удерживая педаль тормоза. В этом режиме можно использовать все функции автомобиля.
33. Чтоб стартовать приборы без запуска автомобиля надо нажать кнопку “START” два раза, не удерживая педаль тормоза. В таком режиме можно слушать музыку, открывать окна, пользоваться остальными 12V приборами
34. Без смарт-ключа можно стартовать только 12-вольтные приборы автомобиля
35. Автомобиль стартует только если в салоне находится смарт-ключ.
36. Если смарт-ключ выбросить из салона во время езды, автомобиль продолжит работу до выключения систем, но сообщит о том что связь с ключем потеряна.
37. Система считает смарт-ключ отсутствующим, если он вынесен за пределы салона даже на несколько сантиметров.
38. Работа системы очень зависит от многих факторов, таких как температура внешней среды, заряд аккумуляторов, прогретость двигателя, аккумулятора, тосола. Гибрид может в один день проехать по дороге только на электричестве, на следующий день по той же дороге даже не заглохнет.
39. Обогрев кресел и обогрев заднего стекла работает от электричества
40. Если включить обогрев салона теплым воздухом при холодном двигателе, то заведется ДВС и будет тарахтеть пока не нагреется. Хотя…Встречал инфу, что в некоторых моделях для обогрева воздуха используется электро-ТЭН.
41. «Коробка передач» у тойотовского гибрида — это планетарный делитель мощности, который выполняет как функции трансмиссии так и распределителя энергии в системе между ДВС, электродвигателем, генератором и колесами при разгоне, накате и торможении. Такая система называется последовательно-паралельным гибридом.
Последовательный гибрид — когда ДВС производит энергию для электродвигателя, который связан с колесами.
Параллельный гибрид — это когда вечно тарахтящему ДВС паралельно помогает электродвигатель.
42. На сегодняшний день мало кто из производителей кроме Тойоты производит последовательно-паралельные гибриды. Но их технологии уже начали закупать такие компании как Ford, Nissan. А последовательные или паралельные (именно такие делает Honda) гибридные двигатели использовались уже давно, к примеру, в дизельных тепловозах, БЕЛазах. Ходят слухи, что даже гибридные Мерседесы не глушат ДВС в пробках и на светофоре.
43. Производители ГБО (газо-балонного оборудования) уже выпускают оборудование, способное работать совместно с компьютером гибридного автомобиля. На Toyota Camry Hybrid и на Toyota Prius ГБО с установкой стоит около тысячи евро.
44. Гибриды — это новое поколение автомобилей на ближайшее десятилетие, являющееся переходным пока не определится какая технология вырвется вперед и вытеснит гибриды: электромобили с наноаккумуляторами, ДВС с водородными ячейками или автомобили на плутониевых картриджах с холодным термоядерным синтезом.
www.drive2.ru
Устройство гибридного автомобиля
Прототип автомобиля с гибридным двигателем появился еще в конце 19 столетия. Сегодня он представляет собой транспортное средство, способное при небольшой скорости не использовать топливо, а осуществлять движение за счет электрической энергии.
Гибридный двигатель – это система, состоящая из электрического и топливного двигателей. При этом, в период работы каждый может быть задействован как по отдельности, так и оба в независимых циклах.
Устройство и принцип работы
Самый распространенный режим работы гибридного двигателя заключается в том, что при движении авто на небольшой скорости, например, в черте города, используется его электрический блок. При движении машины по трассе – в работу включается двигатель внутреннего сгорания (ДВС). В случае большой нагрузки, например, при резких подъемах в гору, в работу включаются оба двигателя.
Безусловно, к плюсам такого устройства можно отнести то, что при использовании электрического двигателя, значительно сокращается расход топлива, так как он работает от постоянно восполняемой энергии аккумулятора.
Возможность, хотя бы отчасти, снизить количество выбрасываемых вредных веществ в воздух – еще один плюс гибридной системы автомобиля.
Гибриды характеризуются малой мощностью, которую помогает компенсировать ДВС.
Двигатели в гибридах могут быть как бензиновые, так и дизельные. Более того, производители газобаллонного оборудования (ГБО) разработали системы способные работать на этих автомобилях.
Пример конструкции гибрида
Устройство гибрида включает в себя:
— Двигатель внутреннего сгорания. Его устройство и размеры сконструированы таким образом, что позволяет снизить вес, вредные выбросы и расход топлива.
— Электродвигатель разработан с учетом особенностей гибрида. Его сделали не только сгенерировано работающим с топливным блоком, но и уделили особое внимание показателям мощности. Параллельно он вырабатывает энергию для подзарядки АКБ автомобиля. Может быть выполнен встроенным в силовую установку или размещаться отдельно от неё, в некоторых моделях используются сразу оба варианта.
— Трансмиссия. Работа трансмиссии гибрида фактически совпадает с ее устройством на обычных автомобилях. Но, в зависимости от вида гибридного двигателя, они могут отличаться. Коробки передач в них бывают, как гибридные с интегрированным электродвигателем, так и обычные механического и автоматического исполнения. Например, трансмиссия автомобиля Toyota устроена с разветвлением потоков мощности. Двигатель такого типа работает в режиме плавных нагрузок, что помогает значительно экономить расход топлива.
— Топливный бак. Необходим для питания топливом ДВС. Для наглядности того, что топливная система имеет ряд преимуществ, хотелось бы привести один факт в пользу этого: энергия, получаемая при сгорании 1 литра бензина сопоставима с энергией, вырабатываемой аккумулятором весом около 450 кг.
— Аккумулятор. Его главная функция – выработка достаточного уровня энергии для работы электродвигателя. В авто используется две батареи, высоковольтная и обычная на 12 (В) для питания бортовой сети. Изначально до запуска всех систем питание идет только от стандартного аккумулятора, так как для работы высоковольтной батареи и инвертора необходимо постоянное охлаждение.
-Инвертер преобразует постоянный ток высоковольтной батареи в переменный трехфазный для электродвигателя и наоборот. Также регулирует распределение энергии и управляет электродвигателем.
— Генератор. Его принцип работы такой же как у электродвигателя, но направлен на вырабатывание электрической энергии.
3 типа гибридных агрегатов
Как было уже отмечено ранее, гибридная система автомобиля представляет собой комбинирование моторов, своего рода, две разных скрещенных технологии. Технику гибридного привода характеризуют в двух направлениях – это двухтопливный или бивалентный и гибридный силовой агрегат.
Данное разделение на две комбинации силовых агрегатов определено для их классификации по разному принципу работы.
Устройство гибридного силового агрегата включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель-генератор. Таким образом, электродвигатель это и генератор энергии, и тяговый электродвигатель, и стартер для пуска ДВС.
Существует три типа гибридного силового агрегата. Главным критерием для классификации служит исполнение основной конструкции. Следовательно, выделяют: микрогибридный силовой агрегат, среднегибридный силовой агрегат и полногибридный силовой агрегат.
Микрогибридный силовой агрегат
Концептуальная особенность данного типа привода заключается в его электрической части, которая необходима только для выполнения функции «старт-стоп». При этом, часть выработанной кинетической энергии повторно используется как электроэнергия (процесс рекуперации).
Привод исключительно за счет работы электрической тяги не возможен. Рабочие характеристики 12-вольтного аккумулятора гибрида с наполнителем из стекловолокна приспособлены к частым пускам двигателя. Также для накопления энергии от рекуперации может использоваться накопитель в виде электрохимического конденсатора.
Микрогибрид от компании Mazda
Среднегибридный силовой агрегат
Электрический привод помогает работе двигателя внутреннего сгорания. При этом, движение гибрида лишь за счет электротяги не осуществляется. У данного типа гибридного мотора электрическая энергия регенерируется при торможении, а затем накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.
Устройство высоковольтной АКБ гибрида и всех его электрических частей отвечает необходимому уровню напряжения, что позволяет вырабатывать достаточно высокую мощность. В итоге, благодаря поддержке ДВС электродвигателем, его работа характеризуется максимальной эффективностью.
Полногибридный силовой агрегат
Работа двух моторов: электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, в данном типе комбинируется между собой. Полногибридный тип позволяет машине двигаться только за счет электрической тяги и достаточно большое расстояние. При определенных условиях силовой агрегат функционирует как среднегибридный.
В этих автомобилях устанавливаются достаточно мощный электродвигатель и высоковольтные АКБ большего объема, что и позволяет им выдавать такие характеристики. Основой подзарядки батареи выступает также процесс рекуперации энергии.
Функция «старт-стоп» реализована для двигателя внутреннего сгорания, который запускается только при необходимости. А разъединение ДВС с электродвигателем осуществляется за счет установленного сцепления между ними, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.
Схемы взаимодействия работы электродвигателя и ДВС
Автомобили-гибриды сконструированы по трем схемам взаимодействия двигателей. Рассмотрим каждую из них.
Последовательная схема взаимодействия
Данный принцип устройства представляет собой самый простой вариант автомобильного двигателя-гибрида. Его схема работы такая: крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания идет к генератору. Затем генератор вырабатывает необходимое для работы электричество и передает его в аккумулятор. Дополнительно подзаряд аккумулятора осуществляется и путем процесса рекуперации кинетической энергии. В этой схеме движение автомобиля осуществляется лишь за счет электрической тяги.
Данная схема характеризуется последовательным преобразованием энергии, т.е. энергия, поступающая от сгораемого топлива в двигателе внутреннего сгорания, превращается в механическую, далее трансформируется в электрическую за счет генератора, и затем вновь преобразуется в механическую энергию.
Положительные стороны последовательной схемы:
- Работа двигателя внутреннего сгорания осуществляется на неизменных оборотах.
- Не возникает необходимости в двигателе с большой мощностью и потреблением топлива.
- Коробка передач, как и сцепление здесь не нужны.
- Электрическая энергия высоковольтной АКБ гибрида позволяет двигаться автомобилю с заглушенным ДВС.
Отрицательные стороны последовательной схемы:
- На этапах преобразования энергии происходит ее потеря.
- Габариты и стоимость АКБ достаточно высокие.
Самый яркий представитель гибридного автомобиля с последовательной схемой взаимодействия Chevrolet Volt
Если говорить о самом подходящем варианте движения автомобиля с последовательной схемой взаимодействия, то это городской трафик с частыми остановками, когда постоянно в работу включается система рекуперации энергии.
Параллельная схема взаимодействия
Такое название эта схема получила потому что, двигатели авто работают постоянно вместе. Принцип работы данного типа взаимодействия двух модулей происходит за счет электроники авто, электродвигателя и ДВС. Оба двигателя соединены с коробкой передач по средствам планетарной передачи.
Чисто на электрической энергии такие гибриды способны ехать не продолжительное время, при этом ДВС отключается от трансмиссии сцеплением.
Блок управления распределяет крутящий момент от обоих двигателей в зависимости от режима движения автомобиля. Двигателю внутреннего сгорания отведена более важная роль, а электродвигатель запускается при необходимости дополнительной тяги, например, когда авто резко ускоряется. При торможении или плавном движении электромотор работает как генератор электроэнергии.
Электромотор внедрен в коробку передач BMW 530E iPerformance
Существуют модификации с электродвигателем отдельно от ДВС, они представляют собой сложную систему, но в тоже время эффективную. Этот модуль состоит из двух электромоторов, тягового соединенного через планетарную передачу со вторым, который служит генератором и стартером.
В такой схеме ДВС не связан напрямую с колесами, что позволяет постоянно передавать часть момента генератору и подзаряжать батарею.
Силовая установка параллельного гибрида с независимыми электромоторами
Положительные стороны параллельной схемы:
Так как основная работа отведена ДВС, то не возникает необходимости в установке мощной высоковольтной батареи. Двигатель внутреннего сгорания напрямую связан с ведущими колесами, поэтому потери энергии значительно меньше.
Отрицательные стороны параллельной схемы:
Самый главный минус данной схемы – это больший расход топлива в сравнении с другими схемами взаимодействия двигателей. Получается, что сэкономить на городском трафике не получится, наиболее удачным вариантом будет движение по трассе.
Последовательно-параллельная схема взаимодействия
Уже само название этой схемы указывает на то, что данный тип – это вариант совмещения двух ранее рассмотренных схем: последовательной и параллельной. Движение автомобиля на низкой скорости и его старт с места осуществляется только за счет силы электрической части. ДВС поддерживает работу генератора авто, как при последовательной схеме взаимодействия. Передача крутящего момента от ДВС на колеса происходит при движении на большой скорости.
При высоких нагрузках, требующих повышенной мощности, генератор автомобиля может не выдать нужное количество энергии, и в таком случае электродвигатель питается дополнительно от аккумулятора, как при параллельной схеме взаимодействия.
В данной схеме предусмотрен дополнительный генератор, он подзаряжает АКБ. Электродвигатель необходим только для привода ведущих колес и для обеспечения рекуперативного торможения.
Часть крутящего момента, переходящая от двигателя внутреннего сгорания, уходит на ведущие колеса, а некоторая его часть – для работы генератора, который в свою очередь питает электродвигатель и заряжает АКБ.
За направление крутящего момента на колеса, генератор или электродвигатель и его соотношении отвечает планетарный механизм – распределитель мощности. Регулировкой подачи мощности из генератора и батареи занимается электронный блок управления автомобиля.
Также эта технология применяется и на гибридных полноприводных авто. На передней оси установлен ДВС с электродвигателем по параллельной схеме, а на задней только электродвигатель имеющий связь с ДВС по последовательной схеме.
Полноприводный гибрид от компании Mitsubishi
Положительные стороны последовательно-параллельной схемы:
Не сложно догадаться, что неоспоримым плюсом данной схемы гибрида является его большая экономичность топлива в сочетании с хорошими мощностными характеристиками. Ценители природы оценят ее экологичность.
Отрицательные стороны последовательно-параллельной схемы:
Среди отрицательного – это более сложная конструкция по сравнению с предыдущими схемами, и как следствие, большая цена. Поскольку необходим дополнительный генератор, емкая АКБ и сложная электронная схема управления.
Заключение
Мы рассмотрели все типы гибридов и схемы их взаимодействия, но в целом существует множество видов, которые сложно отнести к одной из них, поскольку с течением времени технологии все больше смешиваются и дорабатываются.
На одних используют гидромуфты с редуктором вместо планетарной передачи, на других экспериментируют с задним расположением ДВС или вообще разносят по двум осям ДВС и электродвигатель. Конструкторы не останавливаются на достигнутом и все больше развивают это направление.
autoleek.ru
гибридная трансмиссия — бортжурнал Toyota Estima HYBRID 2001 года на DRIVE2
Автомобильные трансмиссии, которые используют комбинацию двух источников, называют гибридными системами. В гибридной системе каждый источник энергии предназначен максимизировать ее преимущества, компенсируя недостатки друг друга.
Например, электричество, генерируемое двигателем, приводит в движение электромотор, и система может выбирать мощность автомобиля, как с двигателя, так и с электромотора, ориентируясь на скорость и условия вождения.
Существует два вида гибридных систем:
1) Последовательная гибридная система
В этом типе двигатель приводит в движение генератор, который вырабатывает электричество, которое питает электромотор, приводящий в движение колеса. Это называется последовательным гибридом, потому что мощность течет по прямой линии. Последовательная гибридная система управляет маленьким двигателем на его самой эффективной скорости, приводящей к превосходной экономии топлива и уменьшенным вредного выхлопа.
2) Параллельная гибридная система:
В этом типе и двигатель и электромотор приводят в движения колеса. Потому что мощность течет вдоль двух частей, эта система называется параллельной. системой. Эта система также позволяет двигателю перезаряжать батарею, во время снабжения мощностью автомобиля.
Цели THS(Toyota Hybrid System)
Целями THS являются достижения двойной экономии топлива, чем у транспортных средств, приведенных в движение обычными двигателями внутреннего сгорания, значительное уменьшение выбросов отработавших газов, и гарантия плавных, мощных технических характеристик.
1.Схема системы:
THS предлагает преимущества как параллельной так и последовательных систем.
Автомобиль приводится в движение и двигателем и электромотором, причем двигатель обеспечивает первичную мощность. Система делит мощность двигателей делителем мощности, использующим планетарную передачу для распределения мощности между ведущим валом и генератором. Часть электричества от генератора приводит в движение электромотор. Оставшаяся часть, после преобразования в DC инвертором, накапливается в батареи.
Трансмиссия THS, состоящая из таких компонентов как делитель мощности, электромотор, генератор и понижающих передач, достаточно компактна для легкового автомобиля.
Двигатель: высокоэффективный полуторалитровый бензиновый двигатель.
Трансмиссия THS: делитель мощности: распределяет мощность посредством системы планетарных передач.
Электромотор и генератор: типа постоянной магнитной синхронизации.
Батарея: гидрид никеля.
2. Высокие достижения в экономии топлива
(1)Высокоэффективный двигатель
Первичный источник энергии – недавно разработанный полуторалитровый двигатель с высоким коэффициентом расширения в цикле, базирующийся на цикле Аткинсона, за замечательные низкие потери нагнетания и трения.
(2)Улучшенный диапазон работы двигателя
Двигатель достигает своего лучшего топливного потребления в производственную единицу, работая в высоких диапазонах вращающего момента. Поэтому в зависимости от состояния система контролирует разделение мощности между двигателем и электромотором таким образом, что двигатель всегда работает в диапазоне максимального крутящегося момента. Двигатель также автоматически работает в пределах постоянного диапазона оборотов тем самым максимизируя топливную экономичность.
(3) Система отключения двигателя:
Когда транспортное средство остановилось или движется на маленькой скорости, двигатель автоматически выключается, для сохранения топлива уменьшения выхлопа.
(4) Регенерация и повторное использование энергии торможения:
Когда транспортное средство замедляется, двигатель служит генератором, преобразовывая кинетическую энергию в электрическую и посылает ее через инвертор для сохранения в батареи.
3. Достижение ровного ускорения и замедления:
Поскольку трансмиссия THS функционирует как электрически контролируемый вариатор и электрический мотор помогает двигателю, автомобиль с THS достигают ровного ускорения и замедления, ровной превосходной отдачи.
В частности, первоначальное ускорение дает преимущества характеристикам мотора – высокий крутящий момент на маленькой скорости. Для максимального ускорения когда дроссель полостью открыт, мощность и двигателя и электромотора приводит в движение автомобиль, с энергией от батареи, повышающую мощности двигателя на выходе.
(Рабочие режимы системы)
Запуск/легкая загрузка
Когда происходит запуск, движение на маленьких скоростях, спуск по небольшому наклону, или работа в других условиях, в которых двигатель не на пике активности, он выключается и электромотор приводит в движение автомобиль (А).
Нормальное движение
Делитель мощности распределяет мощность двигателя на два пути. Одна часть приводит в движения колеса (В)
Другая приводит в движение генератор, вырабатывающий электричество для электромотора, который обеспечивает дополнительную движущую силу колесам (С)
Система контролирует отношение мощности по каждому пути для максимальной эффективности.
Ускорение с полностью открытой дроссельной заслонкой
Во время такого ускорения, батарея так же снабжает энергией, повышая выходную мощность двигателя (А).
Замедление/торможение
Во время замедления и торможения, инерция колес поворачивает электромотор, который тогда работает как генератор. Восстановленное электричество сохраняется в батарее (А)
Перезарядка батареи:
Батарея отрегулирована для поддержания постоянной зарядки. Когда батарея разряжается, батарея направляет мощность для ее зарядки (D)
Остановка
Двигатель автоматически отключается, когда автомобиль остановился.
P.S. Это выдержка из информационного листка для прессы от Toyota. К сожалению не могу вставить рисунки.
www.drive2.ru
Вариаторные и гибридные трансмиссии.
Фрикционная механическая трансмиссия
Вариаторные и гибридные трансмиссии
Бесступенчатое изменение передаваемого крутящего момента позволяют осуществлять так называемые механические вариаторы различных конструкций.
Вариатор (от латинского — «variator» — «изменитель») — устройство, передающее крутящий момент и способное плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения вариатора может производиться автоматически или вручную.
Принцип работы вариаторов заключается в плавном изменении передаточного числа в механическом редукторе за счет плавного изменения диаметров взаимодействующих колес. Передача крутящего момента осуществляется посредством сил трения между ведущим и ведомым элементами или между этими элементами и промежуточным звеном, которое может быть выполнено в виде дополнительного фрикционного колеса или в виде ремня.
Фрикционные вариаторы относительно просты конструктивно, но их КПД значительно ниже, чем у ступенчатых коробок перемены передач и не превышает 0,9.
Различают два типа вариаторов: с гибкой связью и с непосредственным контактом.
В вариаторах с гибкой связью (рис. 1) наиболее часто применяется клиновый ремень или стальная цепь особой конструкции и шкивы, состоящие из двух половинок — полушкивов. Изменение передаточного числа осуществляется за счет перемещения в осевом направлении одного из полушкивов 4 или 5. При этом изменяется расстояние между полушкивами, и ремень «выдавливается» на другой диаметр шкива или, наоборот, проваливается глубже, начиная передавать тяговое усилие посредством другого плеча (радиуса).
Как правило, в таких вариаторах осуществляется синхронное перемещение полушкивов на обоих шкивах – на одном полушкивы сближаются, на другом – отдаляются друг от друга. Осевое перемещение половинок шкивов осуществляется посредством гидравлического или механического привода.
Второй тип вариаторов, широко применяемых в конструкциях автомобилей с бесступенчатой трансмиссией, состоит из фрикционных элементов, взаимодействующих между собой непосредственно, без промежуточной связи. На рис. 2 показан вариатор с непосредственным контактом взаимодействующих частей, основными элементами которого являются два конусных вала 3 и 4. Контакт между валами осуществляется посредством кольца 2.
При осевом перемещении кольца вдоль рабочих поверхностей конусов происходит изменение соотношения диаметров валов, по которым осуществляется взаимодействие ведущего и ведомого конусов, и, соответственно, изменяется передаточное отношение вариатора.
Существуют и другие конструкции вариаторов (лобовые, конусные, шаровые, многодисковые, торовые, волновые, дискошариковые, цепные, высокомоментные и т. п.), общий принцип работы которых мало отличается от описанного выше.
Диапазон регулирования фрикционных вариаторов (отношение наибольшего передаточного числа к наименьшему) обычно находится в пределах 3…6, но может достигать большего значения (10…12).
В зоне контакта всегда имеет место некоторое относительное скольжение между фрикционными элементами вариатора – недостаток, присущий всем передачам, осуществляющим передачу энергии посредством сил трения. Относительное скольжение негативно сказывается на КПД передачи, но в некоторых случаях может выполнять полезные функции. Например, при заклинивании ведомого вала вариатора передача не разрушится благодаря тому, то фрикционные элементы могут пробуксовывать относительно друг друга.
Благодаря повышению надежности и совершенствованию конструкции современных вариаторов, фрикционные бесступенчатые передачи находят все более широкое применение, в частности, в трансмиссии легковых автомобилей.
Нередко вариаторы применяются в бесступенчатых трансмиссиях легковых автомобилей совместно с гидромеханическими передачами. Такие комбинированные «гибридные» трансмиссии обладают рядом достоинств, позволяющих расширить предел изменения передаваемого крутящего момента и повысит плавность работы трансмиссии автомобиля. Пример такого гибридного агрегата (бесступенчатая КПП), объединяющего в своей конструкции вариатор, гидротрансформатор и механическую коробку передач приведен на рисунке 3 внизу страницы.
Основной недостаток комбинированных трансмиссий, конечно же, высокая стоимость и сложность конструкции.
***
Механические ступенчатые трансмиссии
k-a-t.ru
Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ
 | Евгений Багдасаров, . Фото из архива редакции и фирм-производителей |
Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм. |
Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.
В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.
В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.
Последовательная гибридная схема
Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.
Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.
Параллельная гибридная схема
Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды. Они оснащаются мощным электромотором (10–15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.
Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.
Один из последних образцов параллельной схемы — гибридная силовая установка седана BMW ActiveHybrid 7.
Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.
Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.
Последовательно-параллельная гибридная схема
Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Чтобы объяснить принцип его работы мы приводим ниже наглядную демонстрацию.
Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.
У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.
А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.
Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.
Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели. Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке. Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.
www.drive.ru
Классификация гибридных систем | Двигатель автомобиля
Гибридный автомобиль (HV) — это автомобиль, как минимум, с двумя различными преобразователями энергии и двумя различными системами накопления энергии (в автомобиле) для привода автомобиля.
С одной стороны, гибриды различаются по их конструкции (параллельный, последовательный, комбинированный или разветвленный гибрид) и, с другой стороны, по степени электрификации (микро, мягкий, полный гибрид).
Если автомобиль получает энергию не только от топлива, а и от электросети, то тогда его называют подключаемый гибрид (Plug-ln-Hybrid).
Классификация по конструкции
Параллельный гибрид
Рисунок. Параллельный гибрид
- Топливный бак (Т)
- Аккумуляторная батарея (В)
- Электродвигатель (Е)
- ДВС (V)
- Коробка передач (G)
В параллельных гибридах ДВС и электродвигатель вместе воздействуют на трансмиссию. Оба двигателя могут быть меньшими по размеру, чем в том случае, если бы они устанавливались в автомобиль и работали по отдельности. Поскольку электродвигатель одновременно используется как генератор, то выработка энергии по время движения электродвигателем невозможна.
Последовательный гибрид
Рисунок. Последовательный гибрид
- Топливный бак (Т)
- Аккумуляторная батарея (В)
- Электродвигатель (Е)
- ДВС (V)
- Генератор (Gen)
В последовательных гибридах на трансмиссию воздействует только электродвигатель. ДВС приводит в действие электрический генератор, который вращает электродвигатель и заряжает аккумуляторную батарею. Последовательный гибрид работает местами на чистом электричестве при заряженной аккумуляторной батарее и, таким образом, очень близок к электромобилю.
Поэтому он также называется электромобилем с увеличенным запасом хода (Range-Extender).
Комбинированный или разветвленный гибрид
Рисунок. Комбинированный или разветвленный гибрид
- Топливный бак (Т)
- Аккумуляторная батарея (В)
- Электродвигатель (Е)
- ДВС (V)
- Генератор (Gen)
- Инвертор (L)
Комбинированный гибрид объединяет под капотом параллельный и последовательный гибрид. ДВС посредством генератора и аккумуляторной батареи подготавливает энергию для электродвигателя или непосредственно соединен с приводом. Переключение и соединение между двумя состояниями выполняется автоматически.
Подключаемый гибрид
Рисунок. Подключаемый гибрид
- Топливный бак (Т)
- Аккумуляторная батарея (В)
- Электродвигатель (Е)
- ДВС (V)
- Генератор (Gen)
- Розетка (S)
В подключаемых гибридах аккумуляторная батарея заряжается не только от ДВС, а и от сети. Таким образом, подключаемый гибрид может проезжать длинные дистанции на чистом электричестве. Подключаемый гибрид представляет собой следующий этап развития электромобилей.
Классификация по степени электрификации
Микрогибрид
Несмотря на то, что так называемые микрогибриды с рекуперацией энергии торможения и автоматикой старт- стоп уже сегодня вносят значительный вклад в экономию топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу, воздействия на привод они не оказывают. Поэтому в узком смысле слова они не являются гибридными автомобилями.
Пример микрогибридной системы
Система i-StARS от фирмы Valeo может остановить двигатель еще до полной остановки автомобиля, то есть как только скорость упадет ниже 8 км/ч (в случае автоматической коробки передач) и 20 км/ч (в случае механической коробки передач). Таким образом, оптимизируется расход топлива и упрощается вождение автомобиля. Регенеративная функция тормоза срабатывает, как только водитель снимает ногу с педали акселератора. Затем система отправляет электронный сигнал на стартер генератор, вследствие чего кинетическая энергия автомобиля преобразуется сразу же в электрическую энергию, заряд аккумуляторной батареи. Этим достигается значительное сокращение расхода топлива.
Мягкий гибрид
Мягкий гибрид не работает на чистом электричестве. Электродвигатель только поддерживает ДВС.
Энергия для электродвигателя поступает, например, от использования энергии торможения.
В обычных автомобилях энергия движения — или кинетическая энергия — преобразуется при торможении в тепло на тормозных дисках. Тепло просто безвозвратно выбрасывается в окружающую среду. В гибридных автомобилях кинетическая энергия улавливается генератором и накапливается в высоковольтной аккумуляторной батарее.
Пример для системы с мягким гибридным приводом: Honda IMA (встроенный ассист двигателя)
Стартер-генератор расположен между двигателем и коробкой вместо маховика.
Одним из преимуществ автомобилей с мягким гибридным приводом является тот факт, что ДВС, который реализует, по существу, свою мощность в зоне средних и высоких оборотов, комбинируется с преимуществами электродвигателя, который развивает свою силу на низких оборотах. Гибридная система, поэтому, может рассматриваться как усилитель мощности и эффективности.
В целом, можно сказать, что посредством «уменьшения» ДВС снижается расход бензина, а также выбросы в окружающую среду. Однако клиенты не готовы принять малую мощность. Автомобиль с гибридным приводом при помощи электродвигателя может компенсировать недостающую мощность, например, при разгоне или ускорении.
Рисунок. Характеристика мощности и крутящего момента Honda-IMA
Рисунок. Обзор системы Mercedes S400 HYBRID
- 12-В-генератор
- ДВС
- Электродвигатель
- 7-ступенчатая автоматическая коробка передач
- Модуль силовой электроники
- Модуль высоковольтной аккумуляторной батареи
- Модуль DC/DC-преобразователя
- 12-В-батарея
Другой пример мягких гибридов
Mercedes S 400 HYBRID имеет параллельный гибридный привод. При такой концепции привода как ДВС, так и электродвигатель механически соединены с ведущими колесами (параллельная схема двигателей). Мощности обоих двигателей могут суммироваться, в результате чего отдельные мощности двигателей могут быть меньшими. Движение на одном только электродвигателем невозможно.
Полный гибрид
Полный гибрид приводится в действие местами только электродвигателем. Технической основой полного гибрида является разветвленный, комбинированный или последовательный гибрид.
Рисунок. Audi А1 e-tron в качестве последовательного полного гибрида
Пример автомобиля с полным гибридным приводом
Audi А1 e-tron приводится в действие электродвигателем с максимальной мощностью 75 кВт/102 л.с. и максимальным крутящим моментом 240 Нм. Передача усилия происходит при помощи одноступенчатой коробки передач. Запас хода А1 при работе только на электричестве: 50 км. Если литийионный аккумулятор, установленный перед задним мостом, разряжен, то самая маленькая модель фирмы Audi приводится в действие, как и Opel Ampera или Chevrolet Volt, при помощи небольшого ДВС.
Литий-ионный аккумулятор расположен в основании кузова перед задним мостом, чтобы оптимизировать распределения веса и центр тяжести автомобиля А1 e-tron массой 1,2 т. Литий-ионный аккумулятор весом 150 кг имеет емкость 12 кВт/ч.
Рисунок. Коробка передач с двумя электродвигателями для привода
Другой пример
BMW Х6 ActiveHybrid
Мощные электромоторы (67 кВт/91 л.с. и 63 кВт/86 л.с.) компактно размещаются в активной, двух режимной трансмиссии, в корпусе размером с обычную автоматическую коробку передач.
В зависимости от дорожной ситуации привод осуществляется или посредством электродвигателей, или посредством ДВС, или попеременно обоими приводами.
- В режиме 1 при малой скорости с использованием электромашин, прежде всего, обеспечивается значительное сокращение расхода топлива, а также создается дополнительная сила тяги.
- В режиме 2, напротив, электрически передаваемая мощность на высокой скорости падает с одновременным увеличением КПД ДВС (благодаря коррекции точки нагрузки) и топливной эффективности.
И в этом режиме обе электромашины работают по разному и наряду с электрической поддержкой привода и функцией генератора, в частности, отвечают за эффективное переключение передач.
Рисунок. Расположение компонентов в автомобиле
- Теплообменник охлаждающей жидкости трансмиссионного масла
- Трубопроводы для трансмиссионного масла
- Двухдисковый маховик
- Высоковольтные провода
- Корпус активной коробки передач
- Гибридный механизм блокировки при парковке
- Электрогидравлический модуль управления
- Насос для трансмиссионного масла с электрическим/механическим приводом
Привод дополнительных агрегатов в автомобилях с полным гибридным приводом
Основной проблемой является привод дополнительных агрегатов, которые при остановке двигателя должны работать. Приводимые ранее в действие посредством ДВС компоненты теперь должны работать только на электричестве.
Электрический вакуумный насос
Функции вакуумного насоса:
- обеспечение пониженного давления в усилителе тормозного усилия,
- поддержание подачи пониженного давления в режиме старт/стоп.
Электрогидравлический усилитель рулевого управления
Для работы усилителя рулевого привода во время автоматической остановки двигателя необходимо разъединить усилитель и ДВС и обеспечить независимую поддержку рулевого управления. Благодаря такой поддержке по мере необходимости одновременно обеспечивается оптимизация расхода топлива.
Компрессор кондиционера с электроприводом
Для обеспечения достаточной мощности охлаждения салона автомобиля во время автоматической остановки двигателя необходимо разъединить привод компрессора кондиционера и ДВС и обеспечить независимое кондиционирование салона, а также независимое охлаждение высоковольтной батареи. Это выполняется при помощи компрессора кондиционера с электрическим приводом. Благодаря такому охлаждению одновременно обеспечивается оптимизация расхода топлива. Электрический компрессор кондиционера отвечает за всасывание, сжатие хладагента и прокачивания его через систему. Электрический компрессор кондиционера в зависимости от температуры испарения плавно регулируется блоком управления кондиционера в диапазоне от 800 до 9000 мин^-1.
ustroistvo-avtomobilya.ru