Гибридная трансмиссия: Что такое гибридная трансмиссия на автомобиле

Содержание

Что такое гибридная трансмиссия на автомобиле

Кажется, что только гибридные автомобили, которые работают на бензине или дизеле и одновременно используют электричество, могут соответствовать экологическим нормам, которые в странах Европы постоянно ужесточаются. Производители непрерывно совершенствуют двигатели и вынуждены заниматься модернизацией трансмиссий как одного из главных элементов общего устройства автомобиля.

Шасси Toyota Prius

Коробка передач никогда не строилась и не переоборудовалась отдельно от мотора — каждая трансмиссия строится под конкретные внешние скоростные характеристики определенного двигателя. Чтобы поддерживать малообъемный двигатель в зоне оптимальных рабочих оборотов, была создана многоступенчатая КП.

С того момента, как в автомобиль стали устанавливать два рабочих двигателя (ДВС и электромотор), пришлось модернизировать и элементы трансмиссии, переводя их работу на два источника энергии.

Классы гибридных трансмиссий

Гибридные трансмиссии классифицируются по принципу подключения:

последовательно;
параллельно;
по смешанной схеме.

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.

Устройство последовательной гибридной трансмиссии

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 оборудован последовательной гибридной системой

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.

Под капотом у Chevrolet Volt

Особенности параллельной гибридной трансмиссии

Эта трансмиссия остается к 2019 году наиболее технологичной. В системе используются основные элементы коробки передач. Электрический блок устанавливается в параллельных гибридах между коробкой и двигателем внутреннего сгорания.

Устройство гибридной трансмиссии параллельного типа

Подключение электромотора осуществляется через использование нескольких схем. В качестве первой гибридной трансмиссии можно рассматривать 8-ступенчатую коробку-автомат с двойным сцеплением от производителя ZF. Ведущие оси получают крутящий момент как от ДВС, так и от электромотора, который также исполняет работу генератора.

zf_8-скоростная трансмиссия с двойным сцеплением

Работа трансмиссии с параллельной схемой подключения контролируется и управляется электронным модулем. В автомобиле с параллельной гибридной трансмиссией необходимо использовать и стандартную трансмиссию в переходных режимах движения авто. Крутящий момент, которые передают два мотора, распределятся в зависимости от условий передвижения. При старте, во время ускорения к ДВС подключается электродвигатель, во время торможения и при стабильной скорости электродвигатель выполняет функции генератора.

В Audi Q5 используется параллельный тип трансмиссии

В автомобилях с параллельной трансмиссией используется аккумулятор средней емкости при стандартном объеме и мощности топливного мотора. Параллельные трансмиссии малоэффективны при езде по городским улицам, но показывают отличную динамику на трассах.

Первая популярная трансмиссия параллельного гибридного типа сконструирована инженерами корпорации «Хонда». Система интегрированного помощника ДВС (Integrated Motor Assist) позволяет увеличить КПД главного мотора на 40%, при этом количество отработанного топлива в атмосферу практически не снижается, экологические показатели автомобиля остаются на низком уровне.

Honda IMA

В блок IMA входит бензиновый мотор в качестве главного силового блока, электрический мотор, дополнительная батарея для электромотора. Во время торможения происходит перенаправление энергии на электромотор, который используется и как генератор — энергия не переходит в тепло, а сохраняется в батарее, во время ускорения электроэнергия перенаправится в электромотор для начала его работы. Данный тип трансмиссии, используется компанией при комплектации Honda Civic и Honda Insight.

Тип средние гибриды

Устройство промежуточной трансмиссии

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.

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

Lexus RX 400h оснащается системой “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.

Планетарная передача

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.

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 сегодняшний день все автомобили с гибридной трансмиссией имеют высокую стоимость и не входят в средний ценовой сегмент. Так же дорого стоит их диагностика и ремонт. Это главный недостаток автомобилей, которые используют два силовых мотора.

Утилизация аккумуляторных батарей — второй недостаток гибридных комплектаций.

Активисты «зеленого движения» США и экологи считают, что польза для экологии, которую принесут гибридные автомобили, абсолютно условна. Утилизация одного аккумулятора приносит вред окружающей среде, сравнимый с годовым выбросом простого бензинового двигателя. Технологией экологической утилизации занимаются только в нескольких странах.

К достоинствам можно отнести высокие экологические показатели сегмента «полный гибрид» и стабильную экономию топлива до 30 % на всех автомобилях с данным типом трансмиссий.

Toyota Prius Plug-in Hybrid

Электромоторы даже минимальной мощности обеспечивают плавный и надежный запуск ДВС в любую погоду. Динамичные характеристики автомобиля также остаются на высоте, при необходимости увеличить тяговые показатели к ДВС подключается электродвигатель, автомобиль получает максимальное ускорение за короткое время.

Пробег на одном заряде увеличивается на 40%. За счет экономии топлива и использования электромотора водители реже заправляются.

Смогут ли гибридные трансмиссии полностью вытеснить традиционные, пока не ясно. При всех выгодах использования смежного электромотора у разработки остаются многочисленные недостатки, в первую очередь — высокая цена и сложность схемы. В 2018 компания Porsche отказалась самостоятельно производить гибриды любой схемы. Представители Mitsubishi считают, что гибридные установки — это переходной этап, и концентрируют интеллектуальную инженерную базу корпорации на создание электромобиля.

Особенности гибридных автомобилей

Подключаемые гибриды — главный автомобильный тренд последних лет. На рынке их уже немало, причём подзаряжаемым может быть гибрид любой конструкции: и последовательный, и параллельный, и гибрид смешанного типа — тяговая батарея ведь есть у всех. Примеры: Toyota Prius PHV и Prius Prime, Mitsubishi Outlander PHEV, Ford Fusion Energi, Hyundai Ioniq, Chevrolet Volt, Volvo V60, Audi e-tron, Chrysler Pacifica, Range Rover PHEV и другие. Даже китайские автопроизводители уже делают свои версии Plug-in-гибридов. Дело не только в экономии топлива и экологичности: производителям машин важно быть в авангарде современных технологий.

В будущем PHEV-гибриды, как и электрокары, избавятся от зарядных проводов. Уже сейчас есть мелкосерийные автомобили, способные заряжать батарею силовой установки на специальных индукционных парковочных местах, по аналогии с беспроводной зарядкой смартфонов. Вот только инфраструктура городов пока не поспевает за прогрессом транспорта.

Умеренный «мягкий» гибрид (Mild Hybrid)

Наверняка вы встречали автомобили в комплектации Mild Hybrid — в народе их нарекли мягким гибридом, хотя правильнее назвать такую силовую установку «умеренным гибридом». Что же такое Mild Hybrid, и насколько он «мягок»?

Mild Hybrid — это «зародыш» гибрида: стандартный автомобиль, озеленённый энергосберегающими технологиями. За красивым гибридным термином скрывается знакомая многим система «Старт-стоп», глушащая двигатель во время остановок, но чуть более продвинутая. ДВС Mild-гибрида снабжен специальным мотор-генератором; во время движения он работает как стандартный генератор, вырабатывая ток. Когда машина останавливается и система Start-Stop глушит двигатель, мотор-генератор вступает в дело, обеспечивая работу всех систем автомобиля: электрики, отопителя, кондиционера… Водитель даже не замечает, что двигатель заглушен. При нажатии на газ двигатель моментально заводится непосредственно от мотор-генератора и автомобиль трогается.

Отличия гибридной Toyota от Honda — Автотехцентр «Сигнал»

На наших хабаровских дорогах каждый день мы видим нашествие гибридов. Сначала это были Toyota Prius, а затем – Camry Hybrid, Lexus RX400h и GS450h. Эти гибридные автомобили заставили поверить в их безотказность, и народ начал смелее в них пересаживаться.

В Хабаровске немалая часть Prius работает в такси, доказывая пригодность гибридных автомобилей для этой нелегкой службы.

И вот мы с директором автотехцентра «Сигнал» Владимиром Буяновым разбираемся, все ли гибриды одинаковы, все ли они такие экономичные.

Расход топлива

Гибридные Honda и Toyota – это две большие разницы. Конструктивно Civic Hybrid намного ближе к обычным автомобилям, чем Prius. Поднимите капот Prius – и вы сразу поймете, что это не обычный автомобиль. Civic свою сущность выдает разве что проводами в оранжевой оплетке, но далеко не всем известно, что это за провода такие.

Гибридные Honda и Toyota работают по-разному. Prius может ездить на одном электромоторе (несколько километров), а бензиновый двигатель в зависимости от условий движения помогает электромотору либо крутит генератор и заряжает тяговую батарею. Civic и похожий на него Insight на это не способны. Они ездят на бензиновом двигателе, а электромотор ему помогает либо работает в режиме генератора и заряжает батарею. С одной стороны, оно и неплохо. Если в Civic сбросить фишку с электромотора или отключить высоковольтную батарею, машина будет ездить на одном двигателе. Будет тупить, но ехать. Если отключить электромотор или высоковольтную батарею в Prius, он не заведется. Однако всегда есть обратная сторона медали. Расходом бензина гибридные Honda чаще разочаровывают своих владельцев, которые, покупая Civic Hybrid, прежде всего рассчитывали на экономию топливо.

Трансмиссионный подвох

Бензиновый двигатель надежен. Гибридный привод, ходовая часть, дополнительное электрооборудование – тоже. Если бы кроме расхода топлива больше гибридные Honda ничем другим не разочаровывали, все было бы неплохо. Однако в том-то и дело, что есть два неприятных вопроса, которые, судя по опыту нашей СТО, довольно часто встают перед владельцами Civic Hybrid.

Первый подводный камень заложен в трансмиссии. В Prius совместные действия электромотора и двигателя внутреннего сгорания согласовывает планетарный механизм. От него крутящий момент передается ведущим колесам. Вещь надежная, вопросов не возникало.

В трансмиссии Civic Hybrid в качестве коробки передач используется клиноременный вариатор. То есть ведущий и ведомый элементы – шкивы, между ними цепь. О какой долговечности может идти речь, если работа на износ запрограммирована самим принципом работы вариатора? Чтобы продлить вариатору жизнь, есть лишь одно средство – нужно вовремя менять масло. В наших условиях – не реже чем через 20 тысяч.

Что-то с памятью моей стало

Производители уверяют, что никель-металлогидридные батареи не имеют эффекта памяти, но на практике мы видим совсем другое. Чтобы батарея служила дольше, рекомендация одна – машина должна чаще ездить. Для любой батареи хорошо, когда она регулярно в работе и разряжается-заряжается. Это, если утрированно, позволяет батарее поддерживать свою «спортивную» форму.

Вместо заключения

Тот, кто ездил на тойтовских гибридах, пересев на Hondy гибридную, вообще разочаруется. А тот, кто первый раз собрался купить себе Hondy гибридную, разочаруется в ее мнимой экономии топлива. Поэтому совет один: не слушайте никого, если нравится машина и душа к ней лежит – покупайте.

С уважением к Вам и Вашему автомобилю, Владимир Буянов.