Гибридные силовые установки

Содержание

1. Введение

2. Общий принцип работы гибридной силовой установки

3. История развития гибридных автомобилей

4. Устройство гибридной установки

5. Гибридная технология

6. Конфигурации силовых установок  в приводе гибридов

7. Преимущества

8. Недостатки

9. Toyota Prius

10. Ё-мобиль

11. Заключение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Сегодня экологический ущерб автотранспорта огромен и проявляется непосредственно  во многих явлениях: загрязнение почвы, воды, атмосферы, автотранспорт создает  шумовые и энергетические загрязнения. Все это ведет к значительному  ухудшению здоровья и сокращению жизни населения. Человечество губит  само себя!

Для того чтобы сохранить человечеству автомобиль необходимо если не исключить, то свести к минимуму вредные выбросы.

Улучшение градостроительства и оптимизация  городского движения транспорта взаимно увязаны и нацелены на лучшую планировку дорог и улиц, создание транспортных развязок, улучшение дорожного покрытия, контроль скоростного движения.

Альтернативный  транспорт — это электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для скоростного трамвая, метро, автомотрисы и др.

Экономические инициативы — налог на автомобили, топливо, дороги, инициативы по обновлению автомобилей.

Работы  в этом направлении ведутся во всем мире и дают определенные результаты. Автомобили, выпускаемые в настоящее  время в промышленно развитых странах, выбрасывают вредных веществ  в 10—15 раз меньше, чем 10—15 лет тому назад. Во всех развитых странах происходит ужесточение нормативов на вредные  выбросы при работе двигателя. В 2000 г. введены более строгие нормы. Происходит не только количественное ужесточение норм, но и их качественное изменение.

Одним из перспективных направлений  являются гибриды – автомобили, использующие для привода ведущих  колес разнородную энергию. Чаще всего альтернативным источником энергии  для гибридов является аккумулятор. 
 
 
 

Общий принцип работы гибридной  силовой установки

Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические  провода, была воплощена в железнодорожном  транспорте и большегрузных карьерных  самосвалах. Причина применения такой  схемы обусловлена огромными  сложностями механической передачи управляемого крутящего момента  на колеса мощного транспортного  средства. Суть принципа заключается  в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему  управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя  в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно  модифицирована, в первую очередь  добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля  менее ёмкой, а, следовательно, более лёгкой.

Основные  причины, стоящие за разработкой  гибридной силовой установки - уменьшение количества вредных выбросов в атмосферу, что очень актуально именно для  городского транспорта. Эта система  позволяет снизить выброс сажи и  углеводородов на 90%, оксидов азота - на 50%. При этом экономия топлива  достигает 60% по сравнению с обычными автобусами с дизельными двигателями, а ускорение во время начала движения увеличилось на 50%. Такая силовая  установка может устанавливаться  на различные автомобили, которые  выполняю самые разные задачи. Принцип  работы гибридной силовой установки  заключается в следующем: колеса приводятся в движение электродвигателем, который питается от АКБ, а дизельный  двигатель приводит в действие генератор, питающий аккумулятор. К тому же дизель соединен с трансмиссией, и часть  своей мощности передает на колеса. Благодаря этому во время начала движения достигается максимальное ускорение без лишнего шума, затрат топлива и клубов дыма из выхлопной  трубы. 

История развития гибридных  автомобилей 

История новомодного гибридного автомобильного привода развивалась по спирали  и стала подтверждением известной  поговорки: «все новое — это хорошо забытое старое».

А началось все в далеком 1900 году, когда  и бензиновый-то мотор ходил под  стол в коротких штанишках. Собственно, эта его незрелость и подвигла молодого инженера Фердинанда Порше  искать новые пути. Тогда, кстати, полным ходом шла дуэль двигателя  внутреннего сгорания (ДВС) и электромотора. И электромобили не только были куда более распространены, чем сегодня, но ставили впечатляющие рекорды  скорости. Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов делает эти автомобили в некоторых случаях даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки. Одно плохо: уж больно тяжелы были аккумуляторы, долго заряжались, коротко ездили, да еще тогдашние шины-пневматики не выдерживали такого веса и постоянно лопались.

Поэтому нужно было искать компромиссы и  устранять недостатки. И таким  компромиссом стала разработка гибридомобиля.

И вот будущий «доктор Порше» (гениальный конструктор не имел высшего образования  и удостоился звания профессора и  почетного доктора технических  наук в Венском техническом университете за разработку военной техники в  годы первой мировой войны) задумал  заставить оба типа привода не воевать, а компенсировать недостатки друг друга. В его поразившем публику концепт-каре фирмы LohnerPorsche, носившем гордое и, как оказалось, пророческое имя собственное Semper Vivus («вечно живой»), два одноцилиндровых двигателя De Dion-Bouton вращали не колеса, а роторы электрогенераторов. Те заряжали аккумуляторы, ток от которых, в свою очередь, питал два электромотора, встроенные в передние (!) колеса.

Так появился на свет первый в мире переднеприводный автомобиль с гибридной силовой  установкой и мотор-колесами. В нем  не было трансмиссии, всех этих карданов, коробки передач с воющими  шестеренками, капризного сцепления. И  опережение зажигания не нужно было постоянно подстраивать: двигатели  все время работали в одном, оптимальном  режиме. Такая электротрансмиссия показала небывалый для того времени КПД — 83%!

Собственно  говоря, для гибрида авто- и электромобиля  наемный шофер-профи был вовсе  не нужен. Ведь даже завести двигатели  было проще простого: никакой рукоятки, просто генераторы переключались в  режим стартера, нажатие кнопки —  и вот уже раздается бодрое тарахтение. Все, можно ехать.

Движением управлял рычаг справа от водителя: по мере разгона его переводили из нейтрального в первое, второе и, наконец, третье положение. А послушные реле в контроллере под сиденьем, весело щелкая, переключали силу тока в электромоторах. Но были у рычага и еще два положения: задний ход (для него достаточно было просто поменять полярность) и… торможение! Да, молодой изобретатель уже тогда реализовал торможение электродвигателем, которое применяется в гибридах и сегодня. Кроме этого электротормоза на задних колесах были механические тормоза с кожаными накладками (похожие стоят сегодня на велосипедах). И это делало Semper Vivus первым в мире автомобилем с тормозами на всех четырех колесах. Придумал Порше и «ручник»: при стоянке на уклоне задние колеса намертво блокировались выдвижным штифтом. На Всемирной выставке в Париже Semper Vivus произвел фурор. Газеты восторженно писали: «Автомобиль не заносит в крутых поворотах и на скользкой дороге, разве что на короткое время. Совсем как при конной тяге…» Да, тогда автомобиль вовсе не мог служить образцом устойчивости!

И все-таки гениальная конструкция на столетие обогнала время. Автомобиль на долгие годы победил гибрид не в  технической, а в экономической  гонке. Уж слишком дорогим удовольствием  было (да и сегодня еще остается) совмещение двух типов привода в  одном авто.

В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450, где накопителем энергии являлся маховик, трансмиссией — особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удалось достичь экономии топлива до 50 %.

В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу — расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа — в несколько раз. Но данные технологии советская автомобильная промышленность не начала использовать.

В США гибридные автомобили начал  разрабатывать Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.

В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Устройство  гибридной установки

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.

Схема гибридной установки состоит  из следующих элементов:

1. Бензиновый двигатель

2. Гибридная трансмиссия

Делитель  мощности в гибридной трансмиссии  направляет поток мощности туда, где  она больше всего нужна. Обеспечивая  максимально экономное расходование энергии, он не только направляет всю  необходимую мощность, но и управляет  совместной работой бензинового  и электрического двигателей. Бесступенчатая трансмиссия мгновенно откликается, когда водителю нужна большая  мощность.

3. Генератор

Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный  с бензиновым двигателем, обеспечивает исключительно плавный разгон, когда  вы нажимаете на педаль газа до упора. Высоковольтный электромотор гибридной  силовой установки представляет собой сложную и одновременно компактную комбинацию электромотора  и электрогенератора.

4. Электрический двигатель задних  колес