Гибридные автомобили. Достоинства и недостатки

7 Гибридные автомобили. Достоинства и недостатки

Гибридный автомобиль – высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «электродвигатель – двигатель внутреннего сгорания» (далее двигатель), питаемый как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество гибридного автомобиля – снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации – использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов.

Гибридная силовая установка сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной системой, и конечно же все компоненты отличаются высочайшим качеством. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимости от условий движения автомобиля.

Начало движения (для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор):

– при наборе скорости батарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием;

– блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля;

– передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.

Движение:

При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы.

Распределение энергии находится под контролем в целях обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.

Разгон:

– бензиновый двигатель разгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме;

– для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора;

– при работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор;

– генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием.

Торможение:

– при торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество;

– электромоторы направляют его на блок управления электропитанием;

–блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме.

Задачи гибридной силовой установки:

1. Обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и набора скорости за счет мгновенной подачи энергии.

2. Сохранение энергии при торможении: часть энергии преобразуется в электричество, остальное – в тепловую энергию (в сравнении с обычным автомобилем, у которого на "тепло" уходят все 100%).

3. Обеспечение автомобиля самой современной системой управления расходом энергии.

4. Снижение массы и размеров компонентов.

Схемы подключения двигателей гибридного автомобиля:

– Последовательная схема (рисунок 7.1) – маломощный ДВС соединен только с генератором электроэнергии, а электрический двигатель – с колесами. ДВС приводит в движение небольшой генератор электрического тока, вырабатываемая электроэнергия от которого поступает к аккумуляторным батареям, обеспечивающим питание электрического мотора. При такой схеме подключения, ДВС никогда непосредственно не приводит транспортное средство в движение, и главным силовым механизмом является электромотор. Конструкция подобных гибридных автомобилей предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости. На сегодняшний день представителями Plug-in Hybrid являются модели Chevrolet Volt, Opel Ampera.

– Параллельная схема (рисунок 7.2 а) – ДВС, электрический двигатель и коробка передач соединяются с помощью автоматических муфт. Данная схема свойственна практически для всех умеренных гибридов и для ряда полных (например, Audi Duo). Для гибридный автомобилей с параллельной схемой характерна возможность как одновременного, так и раздельного использования возможностей ДВС и электродвигателя для движения колес. Электрический мотор способствует быстрому разгону транспортного средства, а также обеспечивает выполнение функции рекуперативного торможения. Гибриды с параллельной схемой – Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

– Последовательно – параллельная схема (смешанная) (рисунок 7.2 б) – планетарный редуктор обеспечивает связь ДВС, электрогенератора и электрического двигателя. Яркими примером гибридных автомобилей с последовательно-параллельной схемой (Full Hybrid ) является Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

Рисунок 7.1 - Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

а) б)

Рисунок 7.2 - Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля:

а - параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля;

б -последовательно-параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

Достоинства автомобилей с гибридной установкой

1. Экономная эксплуатация

Экономная эксплуатация – главное преимущество гибридов. Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к

быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.

Как была достигнута экономия:

– снижением объема и мощности двигателя;

– работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;

– полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;

– возможность движения только на электродвигателях;

– рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.

2. Экологическая чистота

Снижение расхода углеродного топлива, немедленно сказалось на экологической чистоте. Полная остановка работы двигателей в местах скопления автомобилей на дорогах городов, и прежде всего в пробках, имеет самую первостепенную роль. Применение же аккумуляторных батарей, гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снизила проблему утилизации использованных аккумуляторов. Развитие гибридной технологии в общественном транспорте, и для грузовых автомобилей, ещё больше улучшит экологическую обстановку городов.

3. Хорошие ходовые характеристики

Теперь нет необходимости устанавливать двигатель из расчёта пиковых нагрузок эксплуатации. В момент, когда необходимо резкое усиление тяговой нагрузки, в работу включаются одновременно как электро-, так и обычный двигатель (а в некоторых моделях и дополнительный электродвигатель). Это позволяет сэкономить на установке менее мощного двигателя внутреннего сгорания, работающего основное время в наиболее благоприятном для себя режиме. Такое равномерное перераспределение и накопление мощности, с последующим быстрым использованием, позволяет использовать гибридные установки в автомобилях спортивного класса и внедорожниках. Несмотря на то, что электродвигатели обладают достаточно сильным крутящим моментом в пересчёте на массу и габариты двигателя, по сравнению с другими двигателями, разработчики всё же в ряде моделей устанавливают не слишком мощные электродвигатели, уменьшая их габариты. При этом, в целях суммирования мощностей, применяются комбинированные схемы передачи крутящего момента, с прямой передачей механического крутящего момента, непосредственно от двигателя.

4. Увеличение дальности пробега

Время — это самый ценный ресурс для человека. Исключение половины заездов на заправочные станции, и даже большего количества таких заездов, при езде по городу, высвобождает у автовладельца некоторое количество времени для других больших и важных дел.

5. Сохранение и повторное использование энергии

Устранён главный недостаток двигателя на углеродном топливе — невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком. Но только электрическую энергию удаётся сохранить с самыми минимальными потерями и максимально дёшево. В качестве накопителя применяются как аккумуляторы, так и специальные конденсаторы.

6. Обычная заправка топливом

У электромобилей пока есть один большой недостаток — необходимость зарядки аккумулятора. Процесс долгий, и требует некоторого специально оборудованного пункта зарядки. Таким образом он становится непригодным для длительных и дальних поездок. Но уже разработаны технологии, позволяющие заряжать литий-ионные аккумуляторы с электродами из наноматериалов до 80% ёмкости за 5-15 минут.

У гибридного автомобиля этот недостаток устранён. Заправка осуществляется по привычной схеме, обычным углеродным топливом, тогда, когда это необходимо, и дальнейшее движение можно немедленно продолжить.

Недостатки автомобилей с гибридной установкой

1. Высокая сложность

Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт автоиндустрии США говорит о том, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.

Далеко не все крупные автопроизводители смогли создать собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей.

2. Утилизация аккумуляторов

Гибридные автомобили, как и электромобили, хоть и в меньшей степени, подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто не исследовал. А ведь оно может быть опасным.

3. Высокая стоимость некоторых моделей.

Естественно сложность и "нетрадиционность" создания некоторых моделей влечет за собой увеличение цены на автомобили.

Гибридный привод от Vossloh: двигательные установки для экономичного тихого экологически чистого городского транспорта

Цены на нефть поднялись до рекордно высоких отметок, в то же время на политическую и социальную повестку дня во многих странах вынесен вопрос обеспечения экологической чистоты и снижения выбросов углекислого газа грузовым и пассажирским транспортом. Эти усугубляющиеся экономические и экологические проблемы решаются группой Vossloh путем развития производства гибридных приводов для городского общественного транспорта. Эти технологии вобрали в себя накопленный опыт множества удачных разработок и производства электрических приводов для такого транспорта.

Готовый к серийному производству гибридный привод для городских автобусов спроектирован с учетом особых условий эксплуатации таких транспортных средств, например, длительные периоды работы и повторяющиеся циклы остановка-разгон. Достигнуто максимальное снижение расхода топлива и пропорциональное снижение выбросов выхлопных газов. Измерения показали снижение расхода топлива транспортными средствами с новым гибридным приводом до 35 процентов по сравнению с обычными дизельными автобусами. В то же время устранен типичный для дизельного двигателя шум при увеличении числа оборотов. Таким образом, разработанные инженерами Vossloh Kiepe технические новшества играют важную роль в снижении уровня шума и повышении экологической чистоты городского транспорта. Основой для снижения расхода топлива является настраиваемая интеллектуальная система управления энергией. В зависимости от условий эксплуатации, но с постоянной скоростью, при движении машины дизельный двигатель вращает генератор, который, в свою очередь, подключается с помощью промежуточной электрической цепи к тяговому электродвигателю. При торможении автобуса высвобождающаяся энергия быстро и эффективно аккумулируется разработанной Vossloh системой хранения энергии (ESS), а затем при последующем ускорении она возвращается. ESS создана на основе надежных быстрых двухслойных конденсаторов (ионисторы) с высоким КПД. Используемые в системе хранения энергии (ESS) компании Vossloh ионисторы могут дополнительно усиливаться гальваническими батареями.

Другая разработка группы Vossloh диспетчер энергии Energy Manager распределяет поток энергии между генератором, системой ESS и тяговым двигателем. Благодаря высокой допустимой токовой нагрузке преобразователя достигается эффективная рекуперация энергии (возврат мощности). В зависимости от типа и конструкции транспортного средства можно подобрать рабочие параметры, позволяющие уменьшить число оборотов дизельного двигателя вплоть до полного его отключения на некоторое время. Например, автобус может разгоняться и тормозить с заглушенным дизельным двигателем, то есть с нулевым уровнем выбросов и шума. В систему включены функции включения ABS, системы управления тягой и устройства для поиска и устранения неполадок. 

Модульную гибридную двигательную установку можно использовать на односекционном автобусе с одним ведущим мостом, а также на сочлененных автобусах с приводом на две оси. Эксплуатируется 24-метровый трехсекционный сочлененный гибридный автобус LighTram, разработанный совместно с Carrosserie HESS и представленный на выставке InnoTrans в 2008 году.

Этот вид транспорта стирает грань между автобусом и трамваем. Обладая вместимостью до 251 пассажира, машина удерживает мировой рекорд среди автотранспорта. Благодаря гениальной геометрии LighTram имеет радиус поворота меньший, чем у существующих сочлененных автобусов длиной 18,75 метра. Электропривод на две оси от Vossloh делает машину быстрее других дизельных автобусов или трамваев, таким образом, она более быстро входит в поток движения.

Троллейбусы обладают самым низким расходом энергии среди всех видов общественного городского транспорта. Специально разработанная для троллейбусов, готовая к серийному производству гибридная система тяги от Vossloh может дополнительно повысить эффективность работы этих транспортных средств.

В этом случае инженеры Vossloh снова объединили традиционные тяговые установки троллейбуса с ионисторами. Эти высокопроизводительные конденсаторы являются единственной системой хранения заряда, которая в состоянии в кратчайшее время предоставить всю необходимую для разгона энергию. Отключенный от воздушной линии троллейбус, используя сохраненную ионисторами энергию, может проехать до 400 метров, объехав, например, строительную площадку.

Кроме того, использование дизель-электрических автобусов на частично электрифицированных участках делает очевидными преимущества экологически чистых гибридных систем. Вместо общепринятого двигателя мощностью 200 кВт для дизельных и обычных дизель-электрических автобусов эта система использует дизельный двигатель на 100 кВт и дополнительно получает 100 кВт от системы хранения энергии, сохраняя при этом те же показатели движения.

Привод Vossloh может использоваться на небольших троллейбусах. Кроме того, на больших машинах, например, трехсекционном сочлененном троллейбусе, система будет работать на участках пути с недостаточным количеством энергии без потерь производительности.

Таким образом применение маршрутных транспортных средств к гибридным двигателем улучшит экономические и экологические показатели работы. Дизельный двигатель будет работать в стационарном режиме, оптимальном по экономии топлива и выбросам вредных веществ. Применение дизеля меньшей мощности в гибридном автобусе по сравнению с серийным даст возможность системе рекуперации энергии при торможении, движении накатом или сбросе скорости сэкономить до 50% топлива. А учитывая, что будет выделена целая приоритетная полоса для движения лишь маршрутных транспортных средств, на которой процесс торможения и сброса скорости встречаться практически не будет из-за отсутствия помех для движения в прямом направлении. Управляемость гибридного автобуса и его комфортность обеспечиваются скоростью реакции системы управления и электропривода на управляющие воздействия водителя. Электрическая система на порядок превышает скорость реакции механической или гидромеханической системы. Шумность тягового оборудования будет снижена за счет исключения механической связи между ДВС и колесами (половина элементов механической трансмиссии) и применения ДВС меньшей мощности по сравнению с традиционной схемой. Применение электронной системы управления тяговым приводом позволит реализовать функции управления и сервиса, недоступные на обычном транспортном средстве. А если учесть снижение эксплуатационных затрат на обслуживание, ремонт и расходные материалы, повышение ресурса работы дизеля, а также снижение уровня выбросов почти в 10 раз, то городской автобус с гибридной силовой установкой будет, пожалуй, единственным экономически и технически оправданным транспортным средством, позволяющим экономить топливо и соблюдать экологическую чистоту.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

7 Гибридные автомобили.docx

7 Гибридные автомобили.docx
Размер: 139 Кб

.

Пожаловаться на материал

Гибридный автомобиль – высокоэкономичный автомобиль, движимый системой «электродвигатель – двигатель внутреннего сгорания», питаемый как горючим, так и зарядом электрического аккумулятора. Главное преимущество – снижение расхода топлива и вредных выхлопов. Достоинства/Недостатки автомобилей с гибридной установкой.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Правова аксіологія: ціннісні основи права

Цінності у праві та право як цінність. Свобода як цінність. Право як форма свободи. Справедливість як основна правова цінність.

Правила поведения в здании  суда

Настоящие Правила определяют нормы поведения граждан при посещении ими здания суда и расположенных в нем помещениях и направлены на обеспечение установленного порядка и эффективной работы судей и работников аппаратов суда.

Технология художественной обработки материалов

Понятие о художественной обработке материалов, о декоративно-прикладном искусстве. Виды художественной обработки материалов. Характерные черты народного творчества. Понятие о творчестве, народном творчестве, народном искусстве, прикладном творчестве, самодеятельном искусстве. Развитие художественных промыслов и ремёсел в Беларуси и её регионах.

Определение групп крови по системе АВО и резус-фактора. Практический навык

Фінансово-майновий стан підприємства

Практична робота з дисципліни «Економіка підприємства». Стан ліквідності та платоспроможності підприємства

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok