Типи гібридних силових установок АТЗ

Типи гібридних силових установок автомобільних транспортних засобів

Наразі моделі з гібридними силовими установками складає, мабуть, кожен великий автовиробник. У цих перегонах екоозброєння споживачам пропонують кілька типів гібридів. То чим же вони відрізняються одне від одного?

Двох перших переваг досягають за рахунок можливості переміщення на електротязі (особливо в режимах, коли ККД у ДВЗ низький), режиму рекуперації енергії гальмування (гальмування електродвигуном, який працює в режимі генератора, виробляючи електроенергію для заряджання АКБ), розгону з допомогою ДВЗ та електродвигуна, відімкнення ДВЗ на коротких зупинках (системи start-stop).

Конструктивно все це відбувається по-різному, тому ефект, який одержуємо на виході, теж відрізняється.

Класифікація гібридів

Загальноприйнята класифікація гібридів передбачає три їх типи: послідовний, паралельний і послідовно-паралельний.

 Послідовний гібрид  – конструкція, в якій двигун внутрішнього згоряння (бензиновий або дизельний) приводить в дію тільки генератор. ДВЗ у цій схемі працює в режимі максимальної економії палива. Електроенергія, яку виробляє генератор, надходить або на тяговий електродвигун, або в акумуляторну батарею. Електродвигун у цій схемі через трансмісію передає на колеса необхідний крутильний момент, а в режимі гальмування працює як генератор, заряджаючи АКБ (режим рекуперації енергії гальмування). Ці гібриди маркуються абревіатурою REEV (range-extended electric vehicle) або EREV (extended-range electric vehicle).

Така конструкція має свої переваги і недоліки. Плюси цієї схеми – постійна робота ДВЗ у найбільш економічному режимі, простота керування і відсутність складної трансмісії. З мінусів варто відзначити малий ККД механізму передачі енергії від ДВЗ до тягових коліс автомобіля. Така конструкція використовується в моделі BMW i3 REx купе Cadillac ELR і Chevrolet Volt 2015 модельного року, а також в автобусах з гібридними силовими установками, наприклад Toyota Coaster Hybrid.

 Паралельна конструкція  озброєна ДВЗ і тяговим електродвигуном, які пов’язані з тяговими колесами автомобіля. Електромотор тут живиться від акумуляторної батареї. Оскільки крутильний момент від первинного вала може бути безпосередньо передано на колеса авто, коефіцієнт корисної дії такого гібрида вищий. У цій схемі використовується один або два електромотори (генератор+тяговий двигун). У першому разі електродвигун може працювати і в режимі генератора, і в режимі тягового двигуна. Але в такій схемі доволі складна конструкція трансмісії, тому що крутильний момент потрібно передавати на колеса і від ДВЗ, і від електромотора. Крім цього, ДВЗ не може весь час працювати в режимі економії. Таку конструкцію силових агрегатів мають моделі Honda – Civic Hybrid, Insight і CR-Z.

 Послідовно-паралельна конструкція  гібридної силової установки поєднує в собі обидві вищезазначені схеми. Завдяки такій комбінованій схемі вдалося отримати переваги обох систем. У цьому разі є і ДВЗ і електромотор, і  залежно від умов руху машина може їхати тільки на електротязі (до 1,5–2,0 км) чи тільки на тязі від ДВЗ, або рушійну енергію колеса можуть отримувати і від ДВЗ, і від електромотора. У компанії Toyota в силовій установці Toyota Hybrid System використано планетарний дільник силового потоку (крутильного моменту), який надходить від двигуна внутрішнього згоряння, і може гнучко змінюватися, передаючи частину енергії на генератор, а частину – на колеса автомобіля. Електроенергія, яка при цьому виробляється, може одразу йти як для живлення силового електродвигуна, так і для підзарядки акумуляторних батарей. Ця конструкція впроваджена в низці моделей Toyota, серед яких Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а також в моделях Lexus – CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Комбінований гібрид застосовується і в повнопривідних моделях. Але у них колеса передньої осі приводяться в дію вищезазначеною комбінованою системою, як у передньопривідних моделей, а для приводу коліс задньої осі використовується окремий електродвигун. Така конструкція значно простіша, без складної трансмісії з карданними передачами і редукторами. Її застосовують у повнопривідних позашляховиках, наприклад у Toyota Highlander Hybrid і RAV4 Hybrid.

Гібриди, що заряджаються

Раніше вважалося, що гібриди можуть заряджати себе тільки самі, коли електродвигун працює в режимі генератора (при рекуперації енергії гальмування, під час руху в режимі гальмування двигуном тощо). Але Toyota однією з перших пішла далі і зробила модель Prius такою, що заряджається. Ці гібриди отримали назву plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Вони мають на борту АКБ підвищеної ємності (у Toyota літій-іонні замість нікель-металгідридних), які можна заряджати від побутової електромережі. Тому plug-in hybrid може пересуватися тільки на електротязі на великі відстані – не 1,5–2,0 км, а від 20 до 80 км і більше.

Олександр Западловський