Статья раскрывает сущность гибридных автомобилей, принцип их работы, преимущества и недостатки, проводится сравнительный анализ с другими транспортными средствами, работа которых осуществляется другим источником энергии.
Ключевые слова: гибридный автомобиль.
Прорыв в области гибридных автомобилей произошел в 1898 году немецким конструктором Фердинандом Порше. Именно в этом году у Порше появляется грандиозная идея, связанная с созданием автомобиля, который будет передвигаться от электропривода. Перед ним стояла непростая задача — сконструировать такой автомобиль на электрической тяге, который бы быстро передвигался и при этом хорошо продавался. Опытный образец получился удачным, и получил название в честь конструктора — Lohner-Porsche (рис.1) [1]. Автомобиль был компактным и довольно быстрым, развивая при этом скорость до 40 км/ч, для конца 19 века это был неплохой результат, учитывая то, что 1895 году Эмилем Левассору на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания был поставлен рекорд в развитии скорости до 30км/ч [2].
Рис. 1. Первый электромобиль Lohner-Porsche
Развитие не остановилось на первом автомобиле, созданном Порше, огромный толчок был совершен в США американским ученым Виктором Воуковым. Данный толчок был связан с созданием гибридного транспортного средства. Он переоборудовал автомобиль Buick Skylark (рис. 2), установив на него электрический двигатель мощностью 20 кВт и роторный двигатель RX-2 Mazda [3].
Рис. 2. Первый гибридный автомобиль Buick Skylark
Гибридным автомобилем считается автомобиль, в котором для привода ведущих колес используется более одного источника энергии, в частности ими являются: электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания.
Электродвигатель берет энергию от специальных батареях, которые восстанавливают энергию от работы двигателя внутреннего сгорания, а также использует энергию для торможения в момент наката(торможение мотором). Отличие любого гибридного автомобиля от электромобилей, то, что он не нуждается в подзарядке от электросети. Примером электродвигателя является силовая установка IMA, где вместо маховика размещен компактный электромотор-генератор (рис.3).
Рис. 3. Гибридная силовая установка IMA
Двигатель внутреннего сгорания способен выдавать значительную величину крутящего момента, однако, при езде по автомобильным дорогам большое ускорение не нужно, т. к. требуется поддерживать постоянную скорость. В связи с этим главный крутящий момент создается электромотором, а главную мощь берет на себя бензиновый мотор. Примером является гибридная силовая установка седана BMW ActiveHubrid 7, где в качестве основного источника будет являться бензиновый двигатель, а второстепенным звеном является электромотор (рис.4).
Рис. 4. Гибридная силовая установка седана BMW ActiveHubrid 7
Автомобили, которые оснащены гибридной силовой установкой (рис. 5) существенно экономят бензин. Сегодня большая часть современных легковых автомобилей оборудованы передовой системой отключения двигателя, в момент нахождения в автомобильной пробке, на светофоре или в момент торможения. Данная система весьма полезна агрегатам с большими объемами [4].
Рис. 5. Автомобиль, оснащенный гибридной силовой установкой
В настоящее гибридные приводы принято разделять на три вида: последовательный, параллельный и последовательно — параллельный.
Последовательная схема — это наиболее простая гибридная конфигурация. Двигатель внутреннего сгорания используется исключительно для привода генератора, а вырабатываемая энергия заряжает аккумуляторную батарею и питает электродвигатель. Положительным моментом отмечается то, что в трансмисиии будет отсутствовать коробка передач и сцепление. Последовательный гибрид позволяет использовать ДВС малой мощности, причем коэффициент полезного действия его находится в максимальных диапазонах. При отключении двигателя внутреннего сгорания, электродвигатель и батарея в состоянии обеспечить необходимую мощность для движения, именно поэтому электродвигатель, в отличие от двигателя внутреннего сгорания должен быть более мощным. Последовательная схема будет являться наиболее эффективной при движении в режимах частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, т. е. в городе. Примером использования последовательной схемы является автомобиль Chevrolet Volt (рис.6).
Рис. 6. Последовательная схема автомобиля Chevrolet Volt
В параллельной схеме ведущие колеса приводятся в движение и двигателем внутреннего сгорания, и электродвигателем (который должен быть обратимым, т. е. может работать в качестве генератора). Согласованная работа осуществляется компьютерным управлением. При этом сохраняется необходимость в обычной трансмиссии, и двигателю приходится работать в неэффективных переходных режимах. Момент, который поступает от двух источников, которая будет распределяться в зависимости от условий движения: в переходных режимах (старт, ускорение) в помощь ДВС подключается электродвигатель, а в устоявшихся режимах и при торможении он работает как генератор, заряжая аккумулятор. Таким образом, в параллельных гибридах большую часть времени работает ДВС, а электродвигатель используется для помощи ему. Именно поэтому в гибридных автомобилях с параллельной схемой могут использоваться аккумуляторные батареи меньшей емкостью. Параллельные гибриды эффективны на шоссе, но малоэффективны в городе. Примером использования параллельной схемы является автомобиль Integrated Motor Assist (Honda) (рис.7).
Рис. 7. Параллельная схема автомобиля Integrated Motor Assist (Honda)
Разработанная японскими инженерами система Hybrid Synergy Drive (HSD) включает в себя два предыдущих типа. Схема параллельного гибрида оснащена отдельным генератором и делителем мощности. Следовательно, гибрид приобретает черты последовательного гибрида, а именно автомобиль трогается и движется на малых скоростях только на электротяге. На высоких скоростях и при движении. Тогда, когда автомобиль принимает на себя высокие нагрузки (ускорение, движение в гору и т. п.) электродвигатель начинает подпитываться от аккумулятора, т. е. гибрид работает как параллельный. Компьютерная система постоянно регулирует подачу мощности от обоих источников энергии для оптимальной эксплуатации при любых условиях движения. Примером использования последовательно — параллельной схемы является автомобиль Toyota Prius (рис. 8) [5].
Рис. 8. Последовательно-параллельная схема автомобиля Toyota Prius
Сравнивая гибридный автомобиль с другими транспортными средствами, источником энергии которых в основном является двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель, можно выделить положительные стороны: экономия дорогостоящего топлива, исходя из статистики, гибридный автомобиль использует на 30 % меньше бензина; в значительной мере уменьшилось токсичность выхлопов; автомобиль стал бесшумным, в частности на холостых оборотах.
В отрицательную сторону отмечается: высокая сложность гибридного автомобиля; цена на данный автомобиль значительно превышает автомобиль имеющий двигатель внутреннего сгорания; аккумуляторные батареи подвержены саморазряду; ремонт гибрида значительно превышает автомобиль оснащенным двигателем внутреннего сгорания [6].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что автомобиль, который оснащен гибридной силовой установкой не решает все проблемы, однако гибридный автомобиль является ключевым звеном, который устраняет проблему, связанную с выбросом вредных веществ в атмосфере, помимо этого гибридные технологии дадут возможность проработать ключевые технические компоненты, как компактность аккумуляторов, технологию быстрой зарядки от внешних источников,, облегченность кузовов.
Литература:
- https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9F %D0 %BE %D1 %80 %D1 %88 %D0 %B5,_ %D0 %A4 %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B4 %D0 %B8 %D0 %BD %D0 %B0 %D0 %BD %D0 %B4
- https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A0 %D0 %B5 %D0 %BA %D0 %BE %D1 %80 %D0 %B4 %D1 %8B_ %D1 %81 %D0 %BA %D0 %BE %D1 %80 %D0 %BE %D1 %81 %D1 %82 %D0 %B8_ %D0 %BD %D0 %B0_ %D0 %B0 %D0 %B2 %D1 %82 %D0 %BE %D0 %BC %D0 %BE %D0 %B1 %D0 %B8 %D0 %BB %D0 %B5
- https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %92 %D0 %BE %D1 %83 %D0 %BA,_ %D0 %92 %D0 %B8 %D0 %BA %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80
- https://honda-insight.info/hybrid_avtomobil/256-princip-raboty-gibridnogo-avtomobilya.html
- https://www.studiplom.ru/Technology-DVS/hybrid.html
- https://auto.rambler.ru/navigator/42732975-avtomobili-gibridy-plyusy-i-minusy-stoit-li-pokupat-gibridnyy-avtomobil/?updated
