Как устроена гибридная трансмиссия?

Гибридная трансмиссия — ключевой элемент современных автомобилей, объединяющий преимущества бензиновых и электрических двигателей. В условиях развития технологий и экологических требований производители внедряют гибридные системы, позволяющие снизить расход топлива и уменьшить выбросы вредных веществ. В этой статье рассмотрим устройство гибридной трансмиссии, ее основные компоненты и принципы работы, а также преимущества для водителей и окружающей среды.

Классы гибридных трансмиссий

Гибридные трансмиссии делятся на несколько типов по способу подключения:

• последовательные;
• параллельные;
• смешанные.

Гибридная трансмиссия представляет собой сложную систему, объединяющую традиционный двигатель внутреннего сгорания и электрический мотор. Эксперты отмечают, что такая комбинация позволяет значительно повысить эффективность автомобиля, снижая расход топлива и выбросы вредных веществ. В гибридных системах используется несколько режимов работы: автомобиль может двигаться исключительно на электричестве, на бензине или в смешанном режиме, что обеспечивает оптимальное использование ресурсов.

Специалисты подчеркивают, что ключевым элементом гибридной трансмиссии является система управления, которая автоматически выбирает наиболее эффективный режим в зависимости от условий движения. Это позволяет не только улучшить экономию топлива, но и повысить динамические характеристики автомобиля. В результате, гибридные автомобили становятся все более популярными, так как предлагают баланс между производительностью и экологичностью.

Расход 3 литра! Как это устроено? Уникальная трансмиссия e-CVT от Honda

Особенности последовательной гибридной трансмиссии

В данной схеме трансмиссии электрический мотор передает энергию на главные ведущие колеса, мотор (чаще всего бензиновый) передает свой КПД на генератор. Главной особенностью параллельной трансмиссии является то, что электромотор может обеспечить максимальную мощность (в своих пределах) в любой момент. С помощью электромотора намного легче привести в движение транспорт огромной массы с большой силой инерции.

Топливный ДВС запускает генератор, энергия которого заряжает аккумулятор и в дальнейшем переходит на электродвигатель, который обеспечивает крутящий момент и передает его на колеса. В таком рабочем цикле из трансмиссии исключаются коробка передач и блок сцепления. Энергия рекуперативного торможения не переходит в тепло, а направляется для дополнительного питания аккумуляторной батареи.

Гибридная трансмиссия последовательного типа позволяет использовать ДВС очень малой мощности, а в режиме «город» при езде на минимальной скорости и с частыми остановками ДВС возможно отключить полностью. Последовательная схема трансмиссии широко используется в городском транспорте и самосвалах, где аккумуляторы имеют максимальную емкость и большой объем при скромных объемах и минимальной мощности ДВС.

Chevrolet Volt, построенный General Motors в 2010 году, использует в своем силовом блоке последовательную гибридную трансмиссию. Это скорее электромобиль, чем классический бензиновый хэтчбек. Используя только электромотор, автомобиль может преодолеть расстояние до 65 км. Если использовать турбированный мотор, дальность поездки на одной батарее превысит 1020 км.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о гибридных трансмиссиях:

1. Комбинация двигателей: Гибридные трансмиссии сочетают в себе как бензиновые (или дизельные), так и электрические двигатели. Это позволяет автомобилю использовать преимущества обоих типов двигателей: электрический двигатель обеспечивает высокую эффективность на низких скоростях и в городских условиях, а бензиновый — мощность на高速ных скоростях.

2. Рекуперация энергии: Гибридные трансмиссии часто оснащены системой рекуперации энергии, которая позволяет преобразовывать кинетическую энергию, возникающую при торможении, в электрическую. Эта энергия затем может быть использована для подзарядки аккумуляторов, что увеличивает общую эффективность автомобиля и снижает расход топлива.

3. Разнообразие конфигураций: Существует несколько типов гибридных трансмиссий, включая параллельные, последовательные и комбинированные. В параллельных гибридах оба двигателя могут работать одновременно или по отдельности, в то время как в последовательных гибридах бензиновый двигатель используется только для генерации электроэнергии, которая затем питает электрический двигатель. Это разнообразие позволяет производителям адаптировать трансмиссии под различные потребности и условия эксплуатации.

Особенности параллельной гибридной трансмиссии

Эта трансмиссия на 2019 год остается самой передовой. В ее конструкции используются ключевые элементы, а электрический блок располагается в параллельных гибридах между коробкой передач и двигателем внутреннего сгорания.

Подключение электромотора осуществляется через различные схемы. Первой гибридной трансмиссией можно назвать 8-ступенчатую коробку-автомат с двойным сцеплением от компании ZF. Ведущие оси получают крутящий момент как от ДВС, так и от электромотора, который также выполняет функции генератора.

Управление трансмиссией с параллельной схемой осуществляется электронным модулем. В автомобилях с параллельной гибридной трансмиссией используется стандартная трансмиссия в переходных режимах. Крутящий момент от двух моторов распределяется в зависимости от условий движения: при старте и ускорении подключается электродвигатель, а во время торможения и при стабильной скорости он работает как генератор.

В таких автомобилях применяется аккумулятор средней емкости, а объем и мощность бензинового мотора остаются стандартными. Параллельные трансмиссии менее эффективны в городских условиях, но показывают отличные результаты на трассах.

Первая известная трансмиссия параллельного гибридного типа была разработана инженерами компании «Хонда». Система интегрированного помощника ДВС (Integrated Motor Assist) повышает КПД основного мотора на 40%, при этом количество выбросов остается практически неизменным, что обеспечивает низкие экологические показатели автомобиля.

В блоке IMA находятся бензиновый мотор, электрический мотор и дополнительная батарея. Во время торможения энергия перенаправляется на электромотор, который функционирует как генератор — энергия сохраняется в батарее. При ускорении электроэнергия направляется в электромотор для его запуска. Этот тип трансмиссии используется в моделях Honda Civic и Honda Insight.

Тип средние гибриды

Классификация гибридных параллельных трансмиссий начинается с определения роли электрического мотора во всем силовом блоке авто. Если электромотор используется только как помощник ДВС, например, как в Honda Insight, трансмиссию относят к классу «умеренный гибрид». Мощность электромотора в гибридной трансмиссии среднего класса не превышает 60 кВТ.

Hybrid System Technology in AUDI / BMW / Toyota 2019

Одну из своих последних инноваций в области гибридных трансмиссий использовала корпорация БМВ при создании модели BMW ActiveHybrid 7. Седан комплектуется КП в единственном исполнении – 8-миступенчатый «автомат».

Система полный гибрид

Если электродвигатель используется для передачи крутящего момента на колеса, применяется термин «полный гибрид» — такая трансмиссия использована в модели Lexus RX 400h. Автомобиль может передвигаться при помощи и ДВС, и энергии электродвигателя. В коробке передач отсутствует гидротрансформатор. Впервые в Европе схему полного параллельного гибрида установили в 1998 на комплектацию Audi Duo.

Сегодня большинство мировых производителей используют схему «полный гибрид» на Mercury Mariner, Kia Optima, Ford Escape/ C-Max/ Fusion, Lincoln MKZ и др.

Микрогибрид

Трансмиссия авто, где генератор имеет дополнительные функции, часто называют классом «микрогибрид». Это автомобили, которые имеют систему старт/стоп, электромотор не передает свою энергию для движения колес. Микрогибридная схема позволяет только резко глушить мотор во время коротких остановок. Система запускается стартером, в автомобиле используется стандартная КП с встроенным импульсным насосом для скоростной подачи давления в масляные каналы КП.

Схема последовательно-параллельная

Смешанный тип гибридной трансмиссии исключает использование традиционной коробки передач. Совместная работа электродвигателя и ДВС происходит через использование планетарной передачи. Топливный мотор передает крутящий момент на колеса совместно с электромотором, одновременно происходит и работа генератора. Автоматическая регулировка оборотов осуществляется через электронный блок управления.

Такой тип бесступенчатой трансмиссии ECVT широко используется компанией Toyota в последнем модельном ряду Toyota Prius. Инженеры компании создали свою уникальную схему гибридной трансмиссии HSD. В схему устройства включили делитель мощности (планетарную передачу) и отдельный генератор.

Hybrid System Technology

При таком типе гибрида электромотор работает большую часть времени, топливный мотор использует для работы цикл Аткинсона, в то время как большинство ДВС работают по принципу Отто. Ноу-хау японских инженеров приобрели компании Форд и Ниссан для установки на свои полногибридные модели.

Достоинства и недостатки

На данный момент автомобили с гибридной трансмиссией имеют высокую стоимость и не относятся к доступным моделям. Значительные затраты связаны с их диагностикой и ремонтом, что является основным недостатком таких автомобилей.

Еще одним минусом гибридов является утилизация аккумуляторных батарей. Экологи в США утверждают, что экологическая выгода от гибридных автомобилей сомнительна. Утилизация одного аккумулятора может нанести вред окружающей среде, сопоставимый с годовым выбросом от бензинового двигателя. Вопросами безопасной утилизации занимаются лишь в нескольких странах.

Среди положительных аспектов выделяются высокие экологические показатели полных гибридов и экономия топлива до 30% для всех моделей с такими трансмиссиями.

Электромоторы обеспечивают плавный и надежный запуск двигателя внутреннего сгорания в любых погодных условиях. Динамические характеристики остаются высокими, а при необходимости увеличивается тяга за счет подключения электродвигателя, что позволяет достичь максимального ускорения за короткий промежуток времени.

Пробег на одном заряде увеличивается на 40%. Благодаря экономии топлива и использованию электромотора водители реже посещают заправочные станции.

Сможет ли гибридная трансмиссия полностью заменить традиционные, пока неясно. Несмотря на преимущества, у данной технологии остаются недостатки, прежде всего — высокая стоимость и сложность конструкции. В 2018 году компания Porsche прекратила производство гибридов, а представители Mitsubishi считают, что гибридные установки — это лишь промежуточный этап, сосредоточив усилия на разработке электромобилей.

Будущее гибридных трансмиссий и их развитие

Гибридные трансмиссии представляют собой одну из самых перспективных технологий в автомобильной промышленности, и их будущее выглядит многообещающе. С каждым годом растет интерес к экологически чистым и экономичным транспортным средствам, что способствует развитию гибридных технологий. Основные направления, в которых будет развиваться эта область, включают улучшение эффективности, снижение стоимости производства и интеграцию новых технологий.

Одним из ключевых аспектов будущего гибридных трансмиссий является повышение их эффективности. Производители стремятся оптимизировать работу как бензиновых, так и электрических двигателей, чтобы достичь максимальной производительности и минимального расхода топлива. Это может быть достигнуто за счет усовершенствования алгоритмов управления, которые позволяют более точно распределять нагрузку между двигателями в зависимости от условий движения.

Снижение стоимости производства также является важным фактором. В настоящее время гибридные системы часто дороже традиционных бензиновых или дизельных двигателей. Однако с развитием технологий и увеличением объемов производства стоимость компонентов, таких как аккумуляторы и электродвигатели, постепенно снижается. Это открывает новые возможности для массового производства гибридных автомобилей, делая их более доступными для потребителей.

Интеграция новых технологий, таких как системы рекуперации энергии и интеллектуальные системы управления, также будет играть важную роль в развитии гибридных трансмиссий. Рекуперация энергии позволяет использовать энергию, которая обычно теряется при торможении, для подзарядки аккумуляторов, что значительно увеличивает общую эффективность системы. Интеллектуальные системы управления могут адаптироваться к стилю вождения и дорожным условиям, обеспечивая оптимальную работу трансмиссии в различных ситуациях.

Кроме того, гибридные трансмиссии могут стать основой для дальнейших инноваций, таких как водородные топливные элементы и полностью электрические системы. Многие автопроизводители уже работают над созданием гибридных моделей, которые смогут использовать альтернативные источники энергии, что позволит значительно сократить выбросы углекислого газа и улучшить экологическую ситуацию.

В заключение, будущее гибридных трансмиссий выглядит многообещающе благодаря постоянному развитию технологий, снижению стоимости и повышению эффективности. Эти факторы будут способствовать их популяризации и внедрению в массовое производство, что, в свою очередь, поможет сделать транспорт более экологичным и экономичным.

Вопрос-ответ

Как работает трансмиссия гибридного автомобиля?

Параллельные гибридные трансмиссии сочетают в себе два источника энергии: небольшой электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания. Они работают вместе, обеспечивая одновременную передачу мощности на колёса. В отличие от некоторых других гибридных трансмиссий, этот тип не использует двигатель внутреннего сгорания для питания электродвигателя.

В чем минус гибридных авто?

Минусы. Недостатков у гибридных ТС немало, поэтому они не смогли потеснить бензиновые аналоги. Минусом гибридного автомобиля считают его цену: стоимость новых моделей значительно дороже обычных автомобилей без электромотора. Разница сглаживается, если у машины большой пробег.

Как работает гибрид на трассе?

Что такое гибрид? Электродвигатель работает от аккумулятора, который заряжается при торможении или за счёт бензинового двигателя. На трассе, при резком ускорении или при движении в горку, подключается двигатель внутреннего сгорания. Иногда оба мотора работают одновременно — для максимальной мощности.

Какая коробка передач используется в гибридных автомобилях?

Коробка передач в гибридных автомобилях отличается от обычной механической коробки передач тем, что в гибридах используется специальная планетарная передача, которая соединяет двигатель внутреннего сгорания, генератор и электродвигатель, соединённый с колёсами.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные принципы работы гибридной трансмиссии. Понимание того, как сочетаются электрический и бензиновый двигатели, поможет вам лучше оценить преимущества и недостатки таких систем.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на режимы работы гибридной трансмиссии. Многие современные автомобили предлагают различные режимы, такие как электрический, гибридный и спортивный, что позволяет оптимизировать расход топлива и повысить производительность в зависимости от ваших нужд.

СОВЕТ №3

Регулярно проверяйте состояние аккумулятора. Эффективность гибридной трансмиссии во многом зависит от состояния батареи, поэтому важно следить за её зарядом и проводить профилактическое обслуживание.

СОВЕТ №4

Сравните различные модели с гибридной трансмиссией. Перед покупкой автомобиля стоит изучить отзывы и тесты разных моделей, чтобы выбрать наиболее подходящую для ваших нужд и бюджета.