В гибридном двигателе используется комплекс из сразу двух различных видов двигателей. Этот комплекс состоит из бензинового и электрического мотора. Данное конструкторское решение имеет довольно много преимуществ. Давайте рассмотрим их более подробно.
Гибридные моторы могут работать в различных режимах. Они могут использовать отдельно только электрический или бензиновый режим, а могут работать одновременно в двух. Из-за того, что самого заряда аккумулятора на всю дорогу может не хватить, то на протяжении всего пути периодически используется также и бензиновый мотор. Когда машина едет по городским улицам, тогда применяется электродвигатель, а на быстром шоссе используется бензиновый мотор. Если автомобиль набирает разгон или испытывает повешенные нагрузки, то включаются сразу два двигателя. При использовании бензинового мотора подзаряжается аккумулятор. Гибридный мотор (даже с частым применением бензинового движка) дает возможность уменьшить загрязнение окружающей среды на 90%. Кроме того, значительно увеличивается экономия горючего на городских улицах (на шоссе работает лишь бензиновый мотор, поэтому там топливо не экономится).
Какие достоинства у гибридного мотора в сравнении с ДВС (двигателем внутреннего сгорания)? Основное достоинство гибридного мотора заключается в уменьшении загрязнения окружающей среды. Кроме того, немаловажное значение имеет и сокращение расхода горючего. Данный мотор расходует всего 3-6 литров горючего на каждые 100 км.Наглядным примером будет ситуация, когда при движении по городским улицам автомобилю приходится часто простаивать в пробках перед многочисленными светофорами. Вот здесь и становится выгодным применение гибридного мотора. В неподвижном состоянии отключены все моторы, а когда машине требуется поехать, то запускается электромотор. Когда автомобиль достаточно разогнался, и ему уже не хватает мощности электродвигателя, тогда запускается бензиновый мотор.
В гибридном движке два разных мотора помогают друг другу. В частности, ДВС вращает генератор и заряжает энергией аккумулятор электромотора. Тот же дает возможность ДВС спокойно работать (без быстро увеличивающихся нагрузок) в самых оптимальных режимах. Большинство современных гибридов оснащены механизмом рекуперации (возврата потраченной энергии). Принцип его действия заключается в том, что во время торможения или движения автомобиля накатом его колеса вращают электромоторы, которые при этом становятся генераторами и заряжают аккумулятор. В результате мы имеем экономию топлива (в особенности на городских улицах), повышенную экологичность и значительно меньший износ.
По уровню гибридизации моторы разделяют на «полные», «умеренные» и plug-in. Первый вид может ездить только на электричестве и вообще не использует горючего. Второй вид постоянно использует ДВС, а электродвигатель запускается, когда необходима добавочная мощность. Третий же вид является гибридом с функцией подзарядки. Его можно подключать к розетке, чтобы полностью зарядить. Получается, что владелец такого вида мотора обладает всеми преимуществами электрической машины, которая при этом не ограничивается расстоянием передвижения от одного своего заряда. Если ее аккумулятор садится, то запускается ДВС и машина преобразуется в стандартный гибрид.
Главным их минусом является большая стоимость в сравнении с ДВС. Кроме того, конструкция таких моторов намного сложнее. Из-за этого сегодня в России очень тяжело найти автомастерскую, которая занимается ремонтом подобных моторов.
В заключение стоит заметить, что со временем и в нашей стране должно появиться много автосервисов, которые начнут ремонтировать машины с гибридными моторами. Кроме того, надеемся и на то, что еще больше увеличится надежность таких автомобилей, а их стоимость будет существенно меньше.
avtojeep.ru
Первые автомобили появились в начале прошлого столетия и давно перестали быть роскошью для большинства людей. Тем не менее, любая машина требует постоянных денежных вложений, а каждый автовладелец пытается сократить свои растраты. Одной из статей постойных расходов на автомобиль является приобретение топлива. Сегодня наиболее популярными вариантами автомобильных моторов являются дизельный и бензиновый двигатель.
Большинству людей известно, что количество запасов нефти на нашей планете стремительно уменьшается. Даже значительное понижение стоимости этого энергоносителя, которое произошло в последние несколько лет, не ввело в заблуждение специалистов – они прекрасно понимают, что запасы истощаются, а значит, очень скоро цены на основные виды топлива для автомобиля снова будут расти вверх. Естественно, что многие компании уже сегодня ищут альтернативу бензиновому двигателю, которым, судя по тенденции, станет электродвигатель.
Согласно описанной выше причине, бензин будет постоянно расти в своей цене. Конечно, если количество автомобилей, работающих на этом виде топлива, не уменьшится, а запасы продолжат истощаться.
С установкой на транспортное средство электродвигателя этой проблемы можно избежать. Все дело в том, что существует достаточно вариантов получения этого типа энергии. Многие из которых – являются неиссякаемыми источниками. Например, электродвигатель можно подзаряжать от ветряных или солнечных станций, которые могут проработать очень длительное время.
Существует несколько проблем, которые, до недавнего времени, препятствовали популяризации электродвигателей для легковых и грузовых автомобилей:
Первый недостаток решили полностью. К примеру, китайские производители уже презентовали автомобили, работающие за счет электродвигателя, стоимость которых составляет порядка 5 тысяч американских долларов.
Последняя проблема сегодня активно решается, прежде всего, в развитых странах мирах, хотя и других регионах постепенно появляются специальные станции для зарядки электродвигателя. Все дело в том, что такой тип мотора очень сложно подзарядить с помощью обычной домашней розетки – для этого потребуется слишком много времени. Естественно, что потребителя такой вариант не устраивает. На заправку бензином уходит пара минут, и они хотят обладать такой же возможностью при использовании электродвигателей. Повсеместная установка специальных заправок позволит раз и навсегда разрешить возникшую ситуацию.
Вторая проблема также не является сегодня особо актуальной, так как уже существуют модели автомобилей, мощность электродвигателей которых позволяет развивать скорость до двух сотен километров в час. Для разрешения оставшегося недостатка были придуманы гибридные двигатели.
Работа гибридного двигателя автомобиля заключается в эксплуатации сразу двух силовых агрегатов на одной машине. То есть, основным вариантом в гибридном двигателе считается электрический мотор, дополнительным – бензиновый.
Сам принцип работы гибридного двигателя такой:
Работа гибридного двигателя может быть автоматической или выполняться в ручном режиме. Мощности и запаса горючего бензинового мотора вполне хватает, чтобы с помощью гибридного двигателя добраться до ближайшей заряжающей станции.
Для удобства автовладельцев разработана не только система зарядки, но и возможность быстрой замены аккумулятора. Человек просто приезжает в нужную точку, где сотрудники сервиса за несколько минут меняют отработанный элемент на новый.
avtooverview.ru
КАК РАБОТАЕТ ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Гибридный двигатель состоит из двигателя внутреннего сгорания — генератора— аккумулятора — привода.
10 декабря 1997 г. стало новой памятной датой в более чем вековой истории автомобиля. Японская фирма «Тойота» на Токийской международной выставке 1997 г. объявила, что с 10 декабря дилеры компании в Японии начинают продажу серийного легкового электромобиля «Приус», точнее легковой машины с гибридным бензо-электрическим приводом.
Комбинация «генератор-электромотор» — идея не новая. В конце 40-х гг. можно было встретить дизель-электрические автобусы ЗИС-154.
Гибрид позволил решить сразу четыре важнейшие задачи :
1. Уменьшены в 10 раз выбросы вредных веществ в атмосферу.
2. Удалось существенно снизить массу электрической части силовой установки.
3. Нет необходимости заряжать аккумулятор от внешнего источника — батареи подпитываются от бортовой энергетической установки.
4. Такому автомобилю не нужна коробка передач. Изменение силы тяги на ведущих колесах происходит автоматически, благодаря «врожденным» свойствам электродвигателя.
В настоящее время становится всё более актуальным наличие электродвигателя под капотом автомобиля. Он делает конструкцию автомобиля проще.
Изменить направление вращения электродвигателя можно перестановкой местами «плюса» и «минуса». Это вполне может заменить заднюю передачу. Вышеперечисленные достоинства электродвигателя делают его простым, надёжным и лёгким. При движении автомобиля накатом или при торможении возможно использование электродвигателя, как генератора, вращение которого происходит с помощью движущихся колёс. Таким образом, вырабатывается энергия, которая заряжает аккумулятор. Коэффициент полезного действия электродвигателя, по сравнению с бензиновым (КПД составляет примерно 27%), составляет до 90%. Это говорит о том, что практически вся энергия превращается в движение.
В электромобилях мотор располагается по центру, а в автомобилях с гибридными двигателями электродвигатель имеет форму диска и размещается между двигателем внутреннего сгорания и коробкой переключения передач. В зависимости от этого ротор может находится внутри или снаружи.Конструкция, имеющая наружный ротор идеальна для электромобиля, так как способствует экономии места.
Преобразователь тока для электродвигателя гибридного автомобиля.
В электроинструментах используется двигатель трехфазного тока, потому что он работает от розетки, которая подаёт переменный ток. В автомобиле электродвигатель получает постоянный ток от аккумулятора. А это значит, что для налаженной работы электродвигателя необходимо создать переменный ток, что само по себе очень затратно. Но развитие электроники не стоит на месте. Сегодня электроника выполняет роль посредника между аккумулятором и электродвигателем. Она преобразует постоянный ток от аккумулятора с помощью инвертора в переменное напряжение, которое затем подаётся электродвигателю в нужном количестве. Сила тока такой системы может подниматься до 150 ампер, что в 10 раз превышает силу тока домашней розетки.
Электронный преобразователь повышает эффективность работы двигателя. Самые первые его модели были по размеру примерно как десятилитровое ведро, а сегодня он представляет собой компактное устройство. Разработки фирм Bosch и Continental направлены на то, что бы уменьшить размеры преобразователя, как минимум, в 2 раза.Сегодня можно с уверенностью сказать, что электродвигатели - это двигатель будущего, который со временем изменится. Но мы уже стоим на витке новой эпохи.
По степени гибридизации автомобили с гибридными двигателями делят на «полные» «умеренные» и «plug-in».
«Полный» в состоянии двигаться лишь на электричестве, не потребляя топлива.
«Умеренный» всегда задействует ДВС, а электромотор подключается, если требуется дополнительная мощность.
«Рlug-in hybrid» - можно включать в розетку для подзарядки. Когда электрический заряд заканчивается, подключается двигатель внутреннего сгорания и автомобиль превращается в обычный гибрид.
По принципу взаимодействия электрической и топливной составляющих автомобиля, гибридные приводы принято разделять на три вида :
последовательный, параллельный и последовательно-параллельный.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СХЕМА ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА
ПОДКЛЮЧЕНИЯ ГИБРИДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ГИБРИДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ГИБРИДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СИСТЕМЫ HSD
Honda IMA integrated motor assist
Автомобили с гибридным двигателем обычно используют комбинацию бензиновых и электрических двигателей для производства электроэнергии.
Бензиновые двигатели в автомобилях с гибридной системой двигателя часто меньше и эффективнее, чем в простых автомобилях.
Автомобили с гибридными двигателями используют электродвигатели во многих случаях, в том числе, следующие:
ПРИВОД ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ / ПОМОЩЬ
Электродвигатель обеспечивает дополнительное усилие, чтобы помочь основному двигателю в ускорении, проходу или преодолению подъема. Это позволяет уменьшить размер основного двигателя и сделать его более эффективным. В некоторых автомобилях, электродвигатель самостоятельно обеспечивает движение автомобиля при низкоскоростных условиях движения , что предотвращает потери энергии на холостом ходу.
АВТОМАТИЧЕСКИЙ СТАРТ / СТОП
Автоматический стоп глушит двигатель , когда автомобиль останавливается и перезапускает его при нажатии на акселератор . Это предотвращает потери энергии на холостом ходу .
РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
Сопротивление электродвигателя передается к трансмиссии, которая вызывает торможение колес. Энергия от торможения колес возвращается к электро двигателю, что заставляет его работать, как генератор, возвращая энергию обратно к аккумуляторам.
-Энергия от торможения колес возвращается к электро двигателю, что заставляет его работать, как генератор, возвращая энергию обратно к аккумуляторам.
Серийно автомобили с гибридными двигателями производятся не так давно: с 1997 года, когда на конвейер встала Toyota Prius первого поколения. Формально же первый гибридомобиль появился еще в 1901 году – это был полноприводный Lohner-Porsche.
НА ГЛАВНУЮ СЛЕДУЮЩАЯ
doc-suvorov.narod.ru
Гибриды вчера В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные работать нанескольких видах горючего топлива, и двигатели с так называемым послойнымсмесеобразованием. Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией и работают начрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в двигателе MTU (Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то времякак у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый бензин,степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в пределах16-17. Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок можно считатьмотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из нефти). Такиедвигатели пользуются популярностью в странах с высокими ценами на бензин(Италия, государства Южной Америки). Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для снижениярасхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках. Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один — гибридный,представляющий собой работающие в паре ДВС и электродвигатель. Почему-то вбольшинстве справочников он не указан, и создается ощущение, что даннаятехнология родилась совсем недавно. Тем не менее известная поговорка «всеновое — это хорошо забытое старое» и в этот раз сработала на 100%. Как оказалось, «первые ласточки» появились на рубеже XIX-XX-го веков.Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов кмелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующихлет, французская Compagnie Parisiennedes Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин сгибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера WalkerVehicle Company of Chicago «гибридные»грузовики сходили до 1940 года. Почему же тогда идея электродвигателей и гибридов не прижилась? На первую часть этого вопроса еще в 30-х годах прошлого века ответил академикЕ. А. Чудаков. Проведенное им сопоставление характеристик моторов различныхтипов выглядит так: бензиновый занял первое место по скорости и намногопревзошел электрический по запасу хода, зато по надежности и КПД бензиновый ДВСпроиграл. Стоит заметить, что ресурсные и экологические проблемы в те временаеще не рассматривались. Продвижению же гибрида «в массы» тогдапомешала высокая цена комплектующих электроустановок, а также малые мощности инепомерный вес элементов питания (аккумуляторных батарей).
Гибриды сегодня Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает запредъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами ободновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающиенормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие обистощении запасов «черного золота». Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии наавтомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже неопытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками. Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого гибридногоавтомобиля компания Toyota представила массовуюмодель Prius. Изюминка Prius — электромотор, батарею которого не надо заряжать от внешней сети. Энергия длязаряда аккумулятора вырабатывается прямо на борту автомобиля. Мощность1,5-литрового бензинового двигателя этой модели — 53 кВт (57 кВт — Prius 2-го поколения), тягового электромотора — 33 кВт (50кВт — Prius 2-го поколения). Максимальная скоростьсоставляет 160 км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л — Prius2-го поколения) на 100 км. В 2004 году на Международном конкурсе в Германиисиловой агрегат Toyota Priusзанял первые места сразу в четырех (!) номинациях, в том числе и в самойпрестижной — «Лучший двигатель 2004 года». Toyota Motor Corp приступила к продаже первого седана с гибридным электро-бензиновым двигателем марки Lexusв Японии. В апреле японский автопроизводитель начнетпродавать автомобиль Lexus GS450h на зарубежныхрынках. Второй по величине в мире автопроизводитель заявил,что стремится вдвое сократить расходы на производство гибридных двигателей ицену на них. Сейчас цены на GS450h начинаются с 6,8 миллиона иен (57950долларов), тогда как на версии с бензиновым двигателем объемом 3,5 литра онисоставляют 5,2 миллиона иен (44310 долларов), а на версии с двигателем 4,3литра — 6,3 миллиона иен (53690 долларов), сообщает Reuters. В 2005 корпорация Toyota Motorразработала гибридный двигатель третьего поколения, совмещающий в себе бензин иэлектроэнергию. Этот двигатель меньшего размера, который позволит сократитьзатраты как на топливо, так и на производство, будет применяться на практике в2008 году. Французский концерн PSA Peugeot/Citroenпредставил первый дизельный гибридный двигатель, состоящий из гибридногоприводного узла и двигателя HDi., то есть объединяетв себе традиционный дизель и электромотор. По словам французов, новый силовойагрегат будет отличаться очень низким расходом топлива (ниже на 20 % посравнению с бензиновым двигателем = 3,4 л на 100 км и выбросу CO2 (90 г/км)),ведь дизельный мотор потребляет меньше горючего, чем его бензиновый аналог. Приэтом полностью сохраняя высокие динамические характеристики, присущие семействудизельных двигателей типа Hdi + преимущества,свойственные гибридному приводному узлу (например, движение в режимеэлектромобиля на невысокой скорости). Однако появление гибридного дизеля насерийных машинах придется подождать — представители PSA заявили, что он пойдетв производство примерно в 2010 году. Компания Ford выпустила второй в 2005 годуавтомобиль, работающий на гибридном двигателе. Модель MercuryMariner Hybrid поступила впродажу 11 июля. Этот автомобиль стоит $29,840, что на $4,190 дороже варианта собычным двигателем. Вместе с тем, Mercury Mariner Hybrid позволяет сэкономитьдо 50% топлива по сравнению с традиционной машиной. В 2006 году планируетсявыпустить 2 тыс. экземпляров Mercury Mariner Hybrid. Volvo Group в марте 2006года объявила о создание гибридного двигателя для тяжёлых машин, таких, кактягачи полуприцепов и автобусы. Компания заявляет, что их разработка позволяетполучить 35% экономию топлива в условиях города с интенсивным движением. Важнаячасть новой гибридной технологии, получившая название I-SAM.
Из чего состоит гибридный автомобиль? Любое транспортное средство, которое имеет два или более источников энергии,достаточной для движения можно назвать гибридным. — Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — Гибридная машина имеет привычный бензиновый двигатель. Хотя современные высокиетехнологии позволяют делать его меньшим по габаритам, более экологичными экономичным. — Топливный бак — Здесь хранится топливо длядвигателя. Бензин обладает большим энергетическим запасом, нежели электрическиебатареи. Для примера, батареи весом 450 кг отдадут столько же энергии, сколькои 3,5 кг бензина. — Электромотор — Очень «продвинутый»элемент. Современная электроника делает его и мотором и генераторомодновременно. Например, когда это необходимо, энергия берется из электрическихбатарей и ускоряет автомобиль. Но тормозя машину, двигатель переходит в режимгенератора и восстанавливает энергию. — Генератор — Схож с электромотором, но работаеттолько в режиме запасания энергии (используется, главным образом, в серийныхгибридных автомобилях). — Батареи — Источник энергии для электромотора, вотличии бензинового ДВС, электромотор может не только «брать»энергию, но и запасать её в батареях. — Трансмиссия — Функции те же, что и у трансмиссии натрадиционных автомобилях с ДВС. Некоторые гибридные машины (Honda,например) имеют стандартную трансмиссию, другие же ( ToyotaPrius) оснащаются радикально новой. <img src="/cache/referats/26756/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031"> Схема работы гибридного двигателя
Последовательная схема. В данном случае ДВС приводит вдвижение генератор, а вырабатываемая последним электроэнергия питаетэлектродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной установку называютпотому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя рядпреобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую,вырабатываемую генератором, и опять в механическую. Данная схема позволяетиспользовать ДВС малой мощности, с условием его постоянной работы в диапазонемаксимального КПД. Это позволит стабильно генерировать достаточное количествоэнергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи. Параллельная схема. Здесь ведущие колеса приводятся вдвижение и ДВС, и электродвигателем (обратимой машиной). Момент, поступающий отдвух источников, распределяется в соответствии с условиями движения.Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим генератора(например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает обратимуюмашину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою очередь,вращает ведущие колеса. Подобная конструкция достаточно проста, но имеет ряд недостатков, так какобратимая машина гибридной силовой установки не может одновременно приводить вдвижение колеса и заряжать батарею. Последовательно — параллельная схема. Уже по названиюможно догадаться, что эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь, взависимости от условий движения, используется тяга электродвигателя илиодновременно ДВС и электродвигателя. Помимо этого, в случае необходимости,система способна приводить колеса в движение и одновременно вырабатыватьэлектроэнергию, используя генератор. Таким образом достигается максимальнаяэффективность силовой установки.
От схем к «Новым измерениям» По словам создателей Lexus RX400h, именно в другоеизмерение они перенесли езду на полноприводномавтомобиле. Дабы разбавить сухие схемы практическими примерами, поговорим оновинке компании Toyota — LexusRX400h, оснащенной последовательно-параллельной гибридной силовой установкой Hybrid Synergy Drive. Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себебензиновый V-образный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150кВт, 2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В ивысоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В. Это всего лишь надводная часть айсберга, соединить напрямую ДВС, электромоторыи аккумулятор и добиться при этом согласованной работы невозможно. Поэтомунемного углубимся во внутреннее строение LexusRX400h. Бензиновый двигатель нам не столь интересен, но «из песни слов невыкинешь». V-образная «шестерка» оснащена сложной компьютернойсистемой, осуществляющей непрерывную корректировку количества воздуха,поступающего в цилиндры. Благодаря этому удалось добиться соблюдения нормЕвро-4. Высоковольтные моторы по сути являются обратимыми машинами, т.е. могут работатькак в двигательном, так и в генераторном режиме. Располагаются в передней изадней частях автомобиля и приводят в движение соответственно колеса переднегои заднего мостов. <img src="/cache/referats/26756/image004.jpg" align=«left» v:shapes="_x0000_s1028"> Энергетический центр — уникальная система, управляющая созданием ираспределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее. Основныекомпоненты энергетического центра: мощная высоковольтная батарея (NiMH), блок управления энергией, полупроводниковоекоммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная система. Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляютпотоком энергии между генератором, батареей и электромоторами. Данныеустройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии спотребностями системы. Потребность в преобразовании продиктована следующимипричинами: генератор и электромоторы — машины переменного тока, в то время какаккумуляторная батарея оперирует постоянным, кроме того, выходное напряжениебатареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также входномунапряжению электромоторов. Инвертор — блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторнойбатареи, в переменный, используемый для питания электромоторов. В гибриднойсиловой установке Lexus RX400h предусмотренавысоковольтная схема преобразования одного постоянного тока в другой, тожепостоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то происходит равномерныйрост электрической мощности при той же величине значения тока. В результатеполучают более высокую производительность и повышенный крутящий момент приводаэлектромоторов. Рекуперативная (регенеративная) тормозная система — при торможении системапереводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом электроэнергияпоступает на вход аккумуляторной батареи. Особо эффективную работу системапоказала в городских условиях, при чередовании режимов стоп — старт. Заметим,что в традиционных тормозных системах энергия, полученная при замедлении,теряется полностью. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяетвоедино системы активной безопасности, такие как антиблокировочнаясистема тормозов (ABS), антипробуксовочная система(TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилительруля (EPS). VDIM не столь «навязчива», как обычные системы управления, но намногоболее эффективна. При помощи высокоскоростной технологии управления двигателем,тормозами и трансмиссией VDIM контролирует и сопоставляет все параметры,одновременно управляя крутящим моментом переднего и заднего электромоторов всоответствии с условиями движения.
Режимы движения В этом разделе мы рассмотрим особенности работы системы при выполненииразличных маневров. <img src="/cache/referats/26756/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1025"> Начало движения Для начала движения и на малых скоростях используется только электромотор.При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее, поступает на блокуправления электропитанием. Последний, в свою очередь, направляет энергию наэлектромоторы, что позволяет автомобилю плавно трогаться с места. Движение в нормальномрежиме В этом случае момент на ведущие колеса поступает с ДВС и электромоторов;энергия бензинового двигателя распределяется между колесами и электрическимгенератором, приводящим в движение электромоторы. При необходимости генераторосуществляет заряд батареи, отдавая ей излишки энергии. В целях обеспечения максимальной эффективности распределение энергииконтролируется электронным блоком управления. Стоит упомянуть, что при движении в нормальном режиме система автоматическипереходит на передний привод, в то время как на всех остальных сохраняетсяполный. Разгон Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном режиме, принеобходимости и для улучшения динамики дополнительная энергия поступает отэлектромоторов. Это создает ощущение, что ДВС гораздо мощнее, чем есть на самом деле. Интересносравнить эту систему с турбированным двигателем. В товремя как работа последнего может сопровождаться "турбозадержками",гибридный вариант обеспечивает практически мгновенную подачу дополнительнойэнергии, что позволяет получить плоскую характеристику крутящего момента. <img src="/cache/referats/26756/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1026"> Торможение Для оптимизации количества сохраняемой энергии управляемая электроникойтормозная система принимает решение о том, когда следует использоватьгидравлическую систему, а когда — рекуперативное (регенеративное) торможение(оно и является приоритетным). При рекуперативном торможении передний и заднийэлектродвигатели работают в генераторном режиме, создавая тормозной момент напередней и задней осях. Вырабатываемая энергия поступает на блок управленияэлектропитанием, а оттуда на высоковольтную аккумуляторную батарею. <img src="/cache/referats/26756/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Плюсы и минусы гибрида К достоинствам гибридного автомобиля можно отнести то,что ДВС гораздо меньше, по сравнению с обычным автомобилем, и при этом болееэффективен. Но как же может такой «малыш» уживаться на дороге сосвоими более мощными собратьями? Давайте сравним Chevrolet Camaroс его огромной V-образной «восьмеркой» с нашей гибридной машиной, сеё маленьким ДВС и электромотором. Мощности движка Camaroвполне достаточно (и даже более чем достаточно!), для того, чтобы справиться слюбой дорожной ситуацией. Мотора же нашего гибрида достаточно для движения поровной дороге, но как только нужно въехать на склон или просто проехаться«с ветерком» ему требуется помощь. «Руку помощи» онполучает от электромотора с его батареями. Эта система и предоставляетнеобходимую добавку энергии. Недостатки. Чтобы машина стала привлекательной длячеловека, она должна удовлетворять определенным минимальным требованиям.Автомобиль должен: — Ехать по крайней мере 400 км. без дозаправки. — Заправка не должна быть сложной и долгой. — Подходить для езды при плотном дорожном движении.
Обычные автомашины с ДВС удовлетворяют всем трех правилам, но вредны дляокружающей среды и обладают большим расходом топлива. С другой стороны,электромобиль не ухудшает экологическую обстановку, но путь между дозаправкамисоставляет всего 80-150 км. Причем процедура заправки сложна и довольнодлительна. Желание автомобилиста нажать «газ в пол» является причиной пониженнойэффективности наших автомобилей. Наверное, все замечали, что чем меньшемощность двигателя, тем он экономичнее. Примечательно то, что большинству из нас нужна лишь малая часть многочисленных«лошадей» нашей машины. Допустим, вы несетесь по трассе со скоростью100км/ч. При этом энергия, вырабатываемая двигателем, тратится на: — Преодоление аэродинамического сопротивления. — Преодоление сил трения (колес о дорогу, трансмиссии, валов, тормозов и т.п.) — Дополнительное электрооборудование (фары, кондиционер, подсветка и т.п.) Большинству машин для выполнение этих действий достаточно 20(!) л.с. Так зачемже тогда вам нужен двигатель мощностью 200 (300) л.с? «Газ в пол» — единственный случай, когда машине нужны все лошадиные силы её мотора.
Производители и цены на гибридные двигатели <img src="/cache/referats/26756/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">«TOYOTA» — Toyota Highlander Hybrid $33,030 Toyota Highlander Hybrid Limited $37,890 Toyota Prius $21,725 «HONDA» — Honda Accord Hybrid от $30,990 Honda Civic Hybrid от $21,850 «LEXUS» — Lexus RX 330 Hybrid $49,060 "Ford" — Mercury Mariner Hybrid $29,840
<img src="/cache/referats/26756/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">Гибридызавтра Итак, следующий этап развития двигателей — силовая установка, работающая насамом перспективном энергоносителе — водороде. Он является самым безвредным дляокружающей среды, так как в результате химической реакции в качестве«побочного продукта» образуется простая вода. Происходят такие реакциив топливных камерах — керамических ячейках. Каждая ячейка перегорожена на 2секции тончайшей полимерной мембраной, покрытой тонким слоем платиновогокатализатора. В одну секцию поступает кислород, в другую подается водород.Мембрана обладает уникальным свойством: пропускает протоны, но задерживаетнейтроны. Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают вреакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит взрывнойхарактер, но в топливной камере протекает спокойно, благодаря тому, что идет нево всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны. Электроны, отобранныемембраной у протонов, стекают по подведенному к ячейке проводнику, создаваяэлектрический ток. Дальше эту электроэнергию (вполне возможно с некоторымипреобразованиями) можно использовать для питания электродвигателя. Daimler-Chrysler, в отличие от BMW, ведет разработкугибридных двигателей, использующих энергию топливных камер. Исследованияпроводятся совместно с "Nippon Mitsubishi Oil", результатожидается через 3-4 года. Тем не менее на Франкфуртскомавтосалоне в 2003 году были показаны два гибрида Mercedes.Первый — E200 NGT (Natural GasTechnology) может «питаться» как бензином,так и природным газом. Второй — гибрид S-класса, оснащенный бензиновым двигателемV6, мощностью 245 л.с. и двумя электродвигателями общей мощностью 55 кВт. А недавно немецкий автомобилестроительный концерн DaimlerChryslerAG и североамериканский автомобилестроительный концерн GeneralMotors подписали меморандум о совместной разработкегибридных силовых агрегатов. Об этом сообщается в материалах компании. Компаниибудут совместно разрабатывать силовой агрегат, который будет использоваться намоделях General Motors, Chrysler Group и Mercedes Car Group. DaimlerChrysler и General Motors займутся разработкой принципиального новогоагрегата, который будет использовать электродвигатель не только на низкихскоростях, но и на высоких, а кроме того значительно повысит крутящий моментдвигателя. При этом, у разрабатываемого агрегата, по сравнению с сегодняшнимисерийными гибридными двигателями, значительно улучшится экономичность и экологичность автомобиля. Ранее General Motorsзаявлял о том, что в 2007 г. начнет производство внедорожниковChevrolet Tahoe и GNC Yukon, оснащенных гибридными агрегатами. Mercedes Car Groupпланирует начать оснащение гибридными двигателями своих представительскихавтомобилей. Chrysler Groupпланирует использовать данные силовые агрегаты на внедорожниках. Также General Motorsсовместно с Пентагоном разработала гибридную дизель-электрическую силовуюустановку, которая имеет ряд преимуществ по отношению к традиционным дизельнымдвигателям. Основными достоинствами гибридного двигателя являются экономичность(стоимость одного галлона горючего при доставке на поле боя может достигать 400долларов), надежность (при выходе из строя дизеля можно добраться до базы нааккумуляторах). Еще одним ключевым достоинством нового автомобиля является то,что он, в отличие от своего дизельного прототипа, способен двигатьсяпрактически бесшумно. Кроме того, такая машина может обеспечить электроэнергиейнебольшой командный пункт. Пентагон уже провел испытания нового двигателя,установив его на внедорожники HUMVEE. Почему же до сих пор другие знаменитые производители авто, а с момента появленияPrius минуло уже 8 лет, серьезно не занялисьперспективными разработками?
Итак: Audi еще в прошлом году представила прототип A2 наводородном топливе. A2-h3 разгоняется «до сотни» менее чем за 10секунд и развивает скорость 175 км/ч. Без дополнительной заправки автомобильможет преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного двигателя составляет136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell — засчет преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции скислородом. При небыстрой езде А2 работает на обычном двигателе, а для быстрогоразгона задействуется аккумулятор, который постоянно подзаряжается за счетрекуперативного (регенеративного) торможения. Но на данный момент у немецкойкомпании нет намерения запускать автомобиль в серийное производство — A2-h3 былсделан исключительно в исследовательских целях. BMW обещает представить первый серийный гибрид уже через три года. По словамбаварцев, это будет машина седьмой серии с двигателем, работающим на бензине иводороде. Первые образцы «водородных семерок» уже совершили пробныйпробег по нескольким странам Европы, чем вызвали неподдельный интерес состороны прессы. BMW планирует использовать водород в двигателях внутреннего сгорания, а не втопливных камерах, как предлагают делать другие производители. Прототип BMWh3R, оснащенный именно таким двигателем (созданном на базе стандартного12-цилиндрового агрегата от модели 760i), поставил сразу 9 мировых рекордовскорости. Разогнавшись до 302,4 км/ч, он стал самым быстрым среди бензиново-водородныхгибридов. Volkswagen пока делает ставку на экономичныедизельные моторы. Например, экспериментальный Golf с дизелем ивспомогательным электромотором по параметрам расхода топлива и динамике разгонасравним с Prius. Но под капотами «народныхавтомобилей» гибриды найдут место еще не скоро, слишком дорого этообойдется концерну. Ну а пока немцы «исследуют», японцы — производят. Ford, Nissan, Porsche — рассчитывают получить технологии гибридныхустановок у Toyota. GM, Hondaи корейские автопроизводители разрабатываютсобственные «теории гибрида».
Вывод: Гибридные двигатели позволят обеспечить рост производства, и вместе с темотодвинуть проблему истощения земных ресурсов на какое-то время. Также решитсяпроблема загрязнения окружающей среды. Расход топлива самого экономичногогибридного двигателя в мире в плане топлива — 2,8 литра бензина на 100 км.Двигатель соответствует нормам Евро-4 и позволяет ему разгоняться «досотни» за 7,6 с.
www.ronl.ru
Гибридные двигатели являются более дорогими, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и большую скорость. Типичное число шагов на оборот для гибридных двигателей составляет от 100 до 400 (угол шага 3.6 - 0.9 град.). Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении (рис. 5).
Рис. 5. Гибридный двигатель.
Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянным магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки - южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи. Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8- и 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними. Зависимость между числом полюсов ротора, числом эквивалентных полюсов статора и числом фаз определяет угол шага S двигателя:
S = 360/(Nph*Ph) = 360/N,
где Nph - чило эквивалентных полюсов на фазу = число полюсов ротора, Ph - число фаз, N - полное количество полюсов для всех фаз вместе.
Ротор показанного на рисунке двигателя имеет 100 полюсов (50 пар), двигатель имеет 2 фазы, поэтому полное количество полюсов - 200, а шаг, соответственно, 1.8 град.
Продольное сечение гибридного шагового двигателя показано на рис. 6. Стрелками показано направление магнитного потока постоянного магнита ротора. Часть потока (на рисунке показана черной линией) проходит через полюсные наконечники ротора, воздушные зазоры и полюсный наконечник статора. Эта часть не участвует в создании момента.
Рис. 6. Продольный разрез гибридного шагового двигателя.
Как видно на рисунке, воздушные зазоры у верхнего и нижнего полюсного наконечника ротора разные. Это достигается благодаря повороту полюсных наконечников на половину шага зубъев. Поэтому существует другая магнитная цепь, которая содержит минимальные воздушные зазоры и, как следствие, обладает минимальным магнитным сопротивлением. По этой цепи замыкается другая часть потока (на рисунке показана штриховой белой линией), которая и создает момент. Часть цепи лежит в плоскости, перпендикулярной рисунку, поэтому не показана. В этой же плоскости создают магнитный поток катушки статора. В гибридном двигателе этот поток частично замыкается полюсными наконечниками ротора, и постоянный магнит его "видит" слабо. Поэтому в отличие от двигателей постоянного тока, магнит гибридного двигателя невозможно размагнитить ни при какой величине тока обмоток.
Величина зазора между зубцами ротора и статора очень небольшая - типично 0.1 мм. Это требует высокой точности при сборке, поэтому шаговый двигатель не стоит разбирать ради удовлетворения любопытства, иначе на этом его срок службы может закончиться. Чтобы магнитный поток не замыкался через вал, который проходит внутри магнита, его изготавливают из немагнитных марок стали. Они обычно обладают повышенной хрупкостью, поэтому с валом, особенно малого диаметра, следует обращаться с осторожностью.
Для получения больших моментов необходимо увеличивать как поле, создаваемое статором, так и поле постоянного магнита. При этом требуется больший диаметр ротора, что ухудшает отношение крутящего момента к моменту инерции. Поэтому мощные шаговые двигатели иногда конструктивно выполняют из нескольких секций в виде этажерки. Крутящий момент и момент инерции увеличиваются пропорционально количеству секций, а их отношение не ухудшается.
Существуют и другие конструкции шаговых двигателей. Например, двигатели с дисковым намагниченным ротором. Такие двигатели имеют малый момент инерции ротора, что в ряде случаев важно.
Большинство современных шаговых двигателей являются гибридными. По сути гибридный двигатель является двигателем с постоянными магнитами, но с большим числом полюсов. По способу управления такие двигатели одинаковы, дальше будут рассматриваться только такие двигатели. Чаще всего на практике двигатели имеют 100 или 200 шагов на оборот, соответственно шаг равен 3.6 грд или 1.8 грд. Большинство контроллеров позволяют работать в полушаговом режиме, где этот угол вдвое меньше, а некоторые контроллеры обеспечивают микрошаговый режим.
Ссылки по теме:www.texnologia.ru
Гибридные двигатели Гибриды вчера В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные работать на нескольких видах горючего топлива, и двигатели с так называемым послойным смесеобразованием. Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией и работают на чрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в двигателе MTU ( Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то время как у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый бензин, степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в пределах 16-17. Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок можно считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из нефти). Такие двигатели пользуются популярностью в странах с высокими ценами на бензин (Италия, государства Южной Америки). Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для снижения расхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках. Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один - гибридный, представляющий собой работающие в паре ДВС и электродвигатель. Почему-то в большинстве справочников он не указан, и создается ощущение, что данная технология родилась совсем недавно. Тем не менее известная поговорка "все новое - это хорошо забытое старое" и в этот раз сработала на 100%. Как оказалось, "первые ласточки" появились на рубеже XIX-XX-го веков. Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов к мелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующих лет, французская Compagnie Parisienne Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин с гибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с 4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера Walker Vehicle Company Chicago "гибридные" грузовики сходили до 1940 года. Почему же тогда идея электродвигателей и гибридов не прижилась? На первую часть этого вопроса еще в 30-х годах прошлого века ответил академик Е. А. Чудаков. Проведенное им сопоставление характеристик моторов различных типов выглядит так: бензиновый занял первое место по скорости и намного превзошел электрический по запасу хода, зато по надежности и КПД бензиновый ДВС проиграл. Стоит заметить, что ресурсные и экологические проблемы в те времена еще не рассматривались. Продвижению же гибрида "в массы" тогда помешала высокая цена комплектующих электроустановок, а также малые мощности и непомерный вес элементов питания (аккумуляторных батарей). Гибриды сегодня Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой - экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение - геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов "черного золота". Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками. Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого гибридного автомобиля компания Toyota представила массовую модель Prius. Изюминка Prius - электромотор, батарею которого не надо заряжать от внешней сети. Энергия для заряда аккумулятора вырабатывается прямо на борту автомобиля. Мощность 1,5-литрового бензинового двигателя этой модели - 53 кВт (57 кВт - Prius 2-го поколения), тягового электромотора - 33 кВт (50 кВт - Prius 2-го поколения). Максимальная скорость составляет 160 км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л - Prius 2-го поколения) на 100 км. В 2004 году на Международном конкурсе в Германии силовой агрегат Toyota Prius занял первые места сразу в четырех (!) номинациях, в том числе и в самой престижной - "Лучший двигатель 2004 года". Toyota Motor Corp приступила к продаже первого седана с гибридным электро-бензиновым двигателем марки Lexus в Японии. В апреле японский автопроизводитель начнет продавать автомобиль Lexus GS450h на зарубежных рынках. Второй по величине в мире автопроизводитель заявил, что стремится вдвое сократить расходы на производство гибридных двигателей и цену на них. Сейчас цены на GS450h начинаются с 6,8 миллиона иен (57950 долларов), тогда как на версии с бензиновым двигателем объемом 3,5 литра они составляют 5,2 миллиона иен (44310 долларов), а на версии с двигателем 4,3 литра - 6,3 миллиона иен (53690 долларов), сообщает Reuters. В 2005 корпорация Toyota Motor разработала гибридный двигатель третьего поколения, совмещающий в себе бензин и электроэнергию. Этот двигатель меньшего размера, который позволит сократить затраты как на топливо, так и на производство, будет применяться на практике в 2008 году. Французский концерн PSA Peugeot/ Citroen представил первый дизельный гибридный двигатель, состоящий из гибридного приводного узла и двигателя HDi., то есть объединяет в себе традиционный дизель и электромотор. По словам французов, новый силовой агрегат будет отличаться очень низким расходом топлива (ниже на 20 % по сравнению с бензиновым двигателем = 3,4 л на 100 км и выбросу CO2 (90 г/км)), ведь дизельный мотор потребляет меньше горючего, чем его бензиновый аналог. При этом полностью сохраняя высокие динамические характеристики, присущие семейству дизельных двигателей типа Hdi + преимущества, свойственные гибридному приводному узлу (например, движение в режиме электромобиля на невысокой скорости). Однако появление гибридного дизеля на серийных машинах придется подождать - представители PSA заявили, что он пойдет в производство примерно в 2010 году. Компания Ford выпустила второй в 2005 году автомобиль, работающий на гибридном двигателе. Модель Mercury Mariner Hybrid поступила в продажу 11 июля. Этот автомобиль стоит $29,840, что на $4,190 дороже варианта с обычным двигателем. Вместе с тем, Mercury Mariner Hybrid позволяет сэкономить до 50% топлива по сравнению с традиционной машиной. В 2006 году планируется выпустить 2 тыс. экземпляров Mercury Mariner Hybrid. Volvo Group в марте 2006 года объявила о создание гибридного двигателя для тяжёлых машин, таких, как тягачи полуприцепов и автобусы. Компания заявляет, что их разработка позволяет получить 35% экономию топлива в условиях города с интенсивным движением. Важная часть новой гибридной технологии, получившая название I-SAM. Из чего состоит гибридный автомобиль? Любое транспортное средство, которое имеет два или более источников энергии, достаточной для движения можно назвать гибридным. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - Гибридная машина имеет привычный бензиновый двигатель. Хотя современные высокие технологии позволяют делать его меньшим по габаритам, более экологичным и экономичным. Топливный бак - Здесь хранится топливо для двигателя. Бензин обладает большим энергетическим запасом, нежели электрические батареи. Для примера, батареи весом 450 кг отдадут столько же энергии, сколько и 3,5 кг ...
Забрать файлrefland.ru
Гибриды вчера В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные работать нанескольких видах горючего топлива, и двигатели с так называемым послойнымсмесеобразованием. Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией и работают начрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в двигателе MTU (Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то времякак у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый бензин,степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в пределах16-17. Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок можно считатьмотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из нефти). Такиедвигатели пользуются популярностью в странах с высокими ценами на бензин(Италия, государства Южной Америки). Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для снижениярасхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках. Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один — гибридный,представляющий собой работающие в паре ДВС и электродвигатель. Почему-то вбольшинстве справочников он не указан, и создается ощущение, что даннаятехнология родилась совсем недавно. Тем не менее известная поговорка «всеновое — это хорошо забытое старое» и в этот раз сработала на 100%. Как оказалось, «первые ласточки» появились на рубеже XIX-XX-го веков.Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов кмелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующихлет, французская Compagnie Parisiennedes Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин сгибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера WalkerVehicle Company of Chicago «гибридные»грузовики сходили до 1940 года. Почему же тогда идея электродвигателей и гибридов не прижилась? На первую часть этого вопроса еще в 30-х годах прошлого века ответил академикЕ. А. Чудаков. Проведенное им сопоставление характеристик моторов различныхтипов выглядит так: бензиновый занял первое место по скорости и намногопревзошел электрический по запасу хода, зато по надежности и КПД бензиновый ДВСпроиграл. Стоит заметить, что ресурсные и экологические проблемы в те временаеще не рассматривались. Продвижению же гибрида «в массы» тогдапомешала высокая цена комплектующих электроустановок, а также малые мощности инепомерный вес элементов питания (аккумуляторных батарей).
Гибриды сегодня Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает запредъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами ободновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающиенормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие обистощении запасов «черного золота». Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии наавтомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже неопытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками. Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого гибридногоавтомобиля компания Toyota представила массовуюмодель Prius. Изюминка Prius — электромотор, батарею которого не надо заряжать от внешней сети. Энергия длязаряда аккумулятора вырабатывается прямо на борту автомобиля. Мощность1,5-литрового бензинового двигателя этой модели — 53 кВт (57 кВт — Prius 2-го поколения), тягового электромотора — 33 кВт (50кВт — Prius 2-го поколения). Максимальная скоростьсоставляет 160 км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л — Prius2-го поколения) на 100 км. В 2004 году на Международном конкурсе в Германиисиловой агрегат Toyota Priusзанял первые места сразу в четырех (!) номинациях, в том числе и в самойпрестижной — «Лучший двигатель 2004 года». Toyota Motor Corp приступила к продаже первого седана с гибридным электро-бензиновым двигателем марки Lexusв Японии. В апреле японский автопроизводитель начнетпродавать автомобиль Lexus GS450h на зарубежныхрынках. Второй по величине в мире автопроизводитель заявил,что стремится вдвое сократить расходы на производство гибридных двигателей ицену на них. Сейчас цены на GS450h начинаются с 6,8 миллиона иен (57950долларов), тогда как на версии с бензиновым двигателем объемом 3,5 литра онисоставляют 5,2 миллиона иен (44310 долларов), а на версии с двигателем 4,3литра — 6,3 миллиона иен (53690 долларов), сообщает Reuters. В 2005 корпорация Toyota Motorразработала гибридный двигатель третьего поколения, совмещающий в себе бензин иэлектроэнергию. Этот двигатель меньшего размера, который позволит сократитьзатраты как на топливо, так и на производство, будет применяться на практике в2008 году. Французский концерн PSA Peugeot/Citroenпредставил первый дизельный гибридный двигатель, состоящий из гибридногоприводного узла и двигателя HDi., то есть объединяетв себе традиционный дизель и электромотор. По словам французов, новый силовойагрегат будет отличаться очень низким расходом топлива (ниже на 20 % посравнению с бензиновым двигателем = 3,4 л на 100 км и выбросу CO2 (90 г/км)),ведь дизельный мотор потребляет меньше горючего, чем его бензиновый аналог. Приэтом полностью сохраняя высокие динамические характеристики, присущие семействудизельных двигателей типа Hdi + преимущества,свойственные гибридному приводному узлу (например, движение в режимеэлектромобиля на невысокой скорости). Однако появление гибридного дизеля насерийных машинах придется подождать — представители PSA заявили, что он пойдетв производство примерно в 2010 году. Компания Ford выпустила второй в 2005 годуавтомобиль, работающий на гибридном двигателе. Модель MercuryMariner Hybrid поступила впродажу 11 июля. Этот автомобиль стоит $29,840, что на $4,190 дороже варианта собычным двигателем. Вместе с тем, Mercury Mariner Hybrid позволяет сэкономитьдо 50% топлива по сравнению с традиционной машиной. В 2006 году планируетсявыпустить 2 тыс. экземпляров Mercury Mariner Hybrid. Volvo Group в марте 2006года объявила о создание гибридного двигателя для тяжёлых машин, таких, кактягачи полуприцепов и автобусы. Компания заявляет, что их разработка позволяетполучить 35% экономию топлива в условиях города с интенсивным движением. Важнаячасть новой гибридной технологии, получившая название I-SAM.
Из чего состоит гибридный автомобиль? Любое транспортное средство, которое имеет два или более источников энергии,достаточной для движения можно назвать гибридным. — Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — Гибридная машина имеет привычный бензиновый двигатель. Хотя современные высокиетехнологии позволяют делать его меньшим по габаритам, более экологичными экономичным. — Топливный бак — Здесь хранится топливо длядвигателя. Бензин обладает большим энергетическим запасом, нежели электрическиебатареи. Для примера, батареи весом 450 кг отдадут столько же энергии, сколькои 3,5 кг бензина. — Электромотор — Очень «продвинутый»элемент. Современная электроника делает его и мотором и генераторомодновременно. Например, когда это необходимо, энергия берется из электрическихбатарей и ускоряет автомобиль. Но тормозя машину, двигатель переходит в режимгенератора и восстанавливает энергию. — Генератор — Схож с электромотором, но работаеттолько в режиме запасания энергии (используется, главным образом, в серийныхгибридных автомобилях). — Батареи — Источник энергии для электромотора, вотличии бензинового ДВС, электромотор может не только «брать»энергию, но и запасать её в батареях. — Трансмиссия — Функции те же, что и у трансмиссии натрадиционных автомобилях с ДВС. Некоторые гибридные машины (Honda,например) имеют стандартную трансмиссию, другие же ( ToyotaPrius) оснащаются радикально новой. <img src="/cache/referats/26756/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031"> Схема работы гибридного двигателя
Последовательная схема. В данном случае ДВС приводит вдвижение генератор, а вырабатываемая последним электроэнергия питаетэлектродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной установку называютпотому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя рядпреобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую,вырабатываемую генератором, и опять в механическую. Данная схема позволяетиспользовать ДВС малой мощности, с условием его постоянной работы в диапазонемаксимального КПД. Это позволит стабильно генерировать достаточное количествоэнергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи. Параллельная схема. Здесь ведущие колеса приводятся вдвижение и ДВС, и электродвигателем (обратимой машиной). Момент, поступающий отдвух источников, распределяется в соответствии с условиями движения.Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим генератора(например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает обратимуюмашину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою очередь,вращает ведущие колеса. Подобная конструкция достаточно проста, но имеет ряд недостатков, так какобратимая машина гибридной силовой установки не может одновременно приводить вдвижение колеса и заряжать батарею. Последовательно — параллельная схема. Уже по названиюможно догадаться, что эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь, взависимости от условий движения, используется тяга электродвигателя илиодновременно ДВС и электродвигателя. Помимо этого, в случае необходимости,система способна приводить колеса в движение и одновременно вырабатыватьэлектроэнергию, используя генератор. Таким образом достигается максимальнаяэффективность силовой установки.
От схем к «Новым измерениям» По словам создателей Lexus RX400h, именно в другоеизмерение они перенесли езду на полноприводномавтомобиле. Дабы разбавить сухие схемы практическими примерами, поговорим оновинке компании Toyota — LexusRX400h, оснащенной последовательно-параллельной гибридной силовой установкой Hybrid Synergy Drive. Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себебензиновый V-образный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150кВт, 2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В ивысоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В. Это всего лишь надводная часть айсберга, соединить напрямую ДВС, электромоторыи аккумулятор и добиться при этом согласованной работы невозможно. Поэтомунемного углубимся во внутреннее строение LexusRX400h. Бензиновый двигатель нам не столь интересен, но «из песни слов невыкинешь». V-образная «шестерка» оснащена сложной компьютернойсистемой, осуществляющей непрерывную корректировку количества воздуха,поступающего в цилиндры. Благодаря этому удалось добиться соблюдения нормЕвро-4. Высоковольтные моторы по сути являются обратимыми машинами, т.е. могут работатькак в двигательном, так и в генераторном режиме. Располагаются в передней изадней частях автомобиля и приводят в движение соответственно колеса переднегои заднего мостов. <img src="/cache/referats/26756/image004.jpg" align=«left» v:shapes="_x0000_s1028"> Энергетический центр — уникальная система, управляющая созданием ираспределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее. Основныекомпоненты энергетического центра: мощная высоковольтная батарея (NiMH), блок управления энергией, полупроводниковоекоммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная система. Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляютпотоком энергии между генератором, батареей и электромоторами. Данныеустройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии спотребностями системы. Потребность в преобразовании продиктована следующимипричинами: генератор и электромоторы — машины переменного тока, в то время какаккумуляторная батарея оперирует постоянным, кроме того, выходное напряжениебатареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также входномунапряжению электромоторов. Инвертор — блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторнойбатареи, в переменный, используемый для питания электромоторов. В гибриднойсиловой установке Lexus RX400h предусмотренавысоковольтная схема преобразования одного постоянного тока в другой, тожепостоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то происходит равномерныйрост электрической мощности при той же величине значения тока. В результатеполучают более высокую производительность и повышенный крутящий момент приводаэлектромоторов. Рекуперативная (регенеративная) тормозная система — при торможении системапереводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом электроэнергияпоступает на вход аккумуляторной батареи. Особо эффективную работу системапоказала в городских условиях, при чередовании режимов стоп — старт. Заметим,что в традиционных тормозных системах энергия, полученная при замедлении,теряется полностью. Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяетвоедино системы активной безопасности, такие как антиблокировочнаясистема тормозов (ABS), антипробуксовочная система(TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилительруля (EPS). VDIM не столь «навязчива», как обычные системы управления, но намногоболее эффективна. При помощи высокоскоростной технологии управления двигателем,тормозами и трансмиссией VDIM контролирует и сопоставляет все параметры,одновременно управляя крутящим моментом переднего и заднего электромоторов всоответствии с условиями движения.
Режимы движения В этом разделе мы рассмотрим особенности работы системы при выполненииразличных маневров. <img src="/cache/referats/26756/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1025"> Начало движения Для начала движения и на малых скоростях используется только электромотор.При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее, поступает на блокуправления электропитанием. Последний, в свою очередь, направляет энергию наэлектромоторы, что позволяет автомобилю плавно трогаться с места. Движение в нормальномрежиме В этом случае момент на ведущие колеса поступает с ДВС и электромоторов;энергия бензинового двигателя распределяется между колесами и электрическимгенератором, приводящим в движение электромоторы. При необходимости генераторосуществляет заряд батареи, отдавая ей излишки энергии. В целях обеспечения максимальной эффективности распределение энергииконтролируется электронным блоком управления. Стоит упомянуть, что при движении в нормальном режиме система автоматическипереходит на передний привод, в то время как на всех остальных сохраняетсяполный. Разгон Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном режиме, принеобходимости и для улучшения динамики дополнительная энергия поступает отэлектромоторов. Это создает ощущение, что ДВС гораздо мощнее, чем есть на самом деле. Интересносравнить эту систему с турбированным двигателем. В товремя как работа последнего может сопровождаться "турбозадержками",гибридный вариант обеспечивает практически мгновенную подачу дополнительнойэнергии, что позволяет получить плоскую характеристику крутящего момента. <img src="/cache/referats/26756/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1026"> Торможение Для оптимизации количества сохраняемой энергии управляемая электроникойтормозная система принимает решение о том, когда следует использоватьгидравлическую систему, а когда — рекуперативное (регенеративное) торможение(оно и является приоритетным). При рекуперативном торможении передний и заднийэлектродвигатели работают в генераторном режиме, создавая тормозной момент напередней и задней осях. Вырабатываемая энергия поступает на блок управленияэлектропитанием, а оттуда на высоковольтную аккумуляторную батарею. <img src="/cache/referats/26756/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Плюсы и минусы гибрида К достоинствам гибридного автомобиля можно отнести то,что ДВС гораздо меньше, по сравнению с обычным автомобилем, и при этом болееэффективен. Но как же может такой «малыш» уживаться на дороге сосвоими более мощными собратьями? Давайте сравним Chevrolet Camaroс его огромной V-образной «восьмеркой» с нашей гибридной машиной, сеё маленьким ДВС и электромотором. Мощности движка Camaroвполне достаточно (и даже более чем достаточно!), для того, чтобы справиться слюбой дорожной ситуацией. Мотора же нашего гибрида достаточно для движения поровной дороге, но как только нужно въехать на склон или просто проехаться«с ветерком» ему требуется помощь. «Руку помощи» онполучает от электромотора с его батареями. Эта система и предоставляетнеобходимую добавку энергии. Недостатки. Чтобы машина стала привлекательной длячеловека, она должна удовлетворять определенным минимальным требованиям.Автомобиль должен: — Ехать по крайней мере 400 км. без дозаправки. — Заправка не должна быть сложной и долгой. — Подходить для езды при плотном дорожном движении.
Обычные автомашины с ДВС удовлетворяют всем трех правилам, но вредны дляокружающей среды и обладают большим расходом топлива. С другой стороны,электромобиль не ухудшает экологическую обстановку, но путь между дозаправкамисоставляет всего 80-150 км. Причем процедура заправки сложна и довольнодлительна. Желание автомобилиста нажать «газ в пол» является причиной пониженнойэффективности наших автомобилей. Наверное, все замечали, что чем меньшемощность двигателя, тем он экономичнее. Примечательно то, что большинству из нас нужна лишь малая часть многочисленных«лошадей» нашей машины. Допустим, вы несетесь по трассе со скоростью100км/ч. При этом энергия, вырабатываемая двигателем, тратится на: — Преодоление аэродинамического сопротивления. — Преодоление сил трения (колес о дорогу, трансмиссии, валов, тормозов и т.п.) — Дополнительное электрооборудование (фары, кондиционер, подсветка и т.п.) Большинству машин для выполнение этих действий достаточно 20(!) л.с. Так зачемже тогда вам нужен двигатель мощностью 200 (300) л.с? «Газ в пол» — единственный случай, когда машине нужны все лошадиные силы её мотора.
Производители и цены на гибридные двигатели <img src="/cache/referats/26756/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">«TOYOTA» — Toyota Highlander Hybrid $33,030 Toyota Highlander Hybrid Limited $37,890 Toyota Prius $21,725 «HONDA» — Honda Accord Hybrid от $30,990 Honda Civic Hybrid от $21,850 «LEXUS» — Lexus RX 330 Hybrid $49,060 "Ford" — Mercury Mariner Hybrid $29,840
<img src="/cache/referats/26756/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">Гибридызавтра Итак, следующий этап развития двигателей — силовая установка, работающая насамом перспективном энергоносителе — водороде. Он является самым безвредным дляокружающей среды, так как в результате химической реакции в качестве«побочного продукта» образуется простая вода. Происходят такие реакциив топливных камерах — керамических ячейках. Каждая ячейка перегорожена на 2секции тончайшей полимерной мембраной, покрытой тонким слоем платиновогокатализатора. В одну секцию поступает кислород, в другую подается водород.Мембрана обладает уникальным свойством: пропускает протоны, но задерживаетнейтроны. Протоны просачиваются сквозь мембрану и, теряя электроны, вступают вреакцию с кислородом, образуя воду. В обычной ситуации реакция носит взрывнойхарактер, но в топливной камере протекает спокойно, благодаря тому, что идет нево всем объеме ячейки, а только на поверхности мембраны. Электроны, отобранныемембраной у протонов, стекают по подведенному к ячейке проводнику, создаваяэлектрический ток. Дальше эту электроэнергию (вполне возможно с некоторымипреобразованиями) можно использовать для питания электродвигателя. Daimler-Chrysler, в отличие от BMW, ведет разработкугибридных двигателей, использующих энергию топливных камер. Исследованияпроводятся совместно с "Nippon Mitsubishi Oil", результатожидается через 3-4 года. Тем не менее на Франкфуртскомавтосалоне в 2003 году были показаны два гибрида Mercedes.Первый — E200 NGT (Natural GasTechnology) может «питаться» как бензином,так и природным газом. Второй — гибрид S-класса, оснащенный бензиновым двигателемV6, мощностью 245 л.с. и двумя электродвигателями общей мощностью 55 кВт. А недавно немецкий автомобилестроительный концерн DaimlerChryslerAG и североамериканский автомобилестроительный концерн GeneralMotors подписали меморандум о совместной разработкегибридных силовых агрегатов. Об этом сообщается в материалах компании. Компаниибудут совместно разрабатывать силовой агрегат, который будет использоваться намоделях General Motors, Chrysler Group и Mercedes Car Group. DaimlerChrysler и General Motors займутся разработкой принципиального новогоагрегата, который будет использовать электродвигатель не только на низкихскоростях, но и на высоких, а кроме того значительно повысит крутящий моментдвигателя. При этом, у разрабатываемого агрегата, по сравнению с сегодняшнимисерийными гибридными двигателями, значительно улучшится экономичность и экологичность автомобиля. Ранее General Motorsзаявлял о том, что в 2007 г. начнет производство внедорожниковChevrolet Tahoe и GNC Yukon, оснащенных гибридными агрегатами. Mercedes Car Groupпланирует начать оснащение гибридными двигателями своих представительскихавтомобилей. Chrysler Groupпланирует использовать данные силовые агрегаты на внедорожниках. Также General Motorsсовместно с Пентагоном разработала гибридную дизель-электрическую силовуюустановку, которая имеет ряд преимуществ по отношению к традиционным дизельнымдвигателям. Основными достоинствами гибридного двигателя являются экономичность(стоимость одного галлона горючего при доставке на поле боя может достигать 400долларов), надежность (при выходе из строя дизеля можно добраться до базы нааккумуляторах). Еще одним ключевым достоинством нового автомобиля является то,что он, в отличие от своего дизельного прототипа, способен двигатьсяпрактически бесшумно. Кроме того, такая машина может обеспечить электроэнергиейнебольшой командный пункт. Пентагон уже провел испытания нового двигателя,установив его на внедорожники HUMVEE. Почему же до сих пор другие знаменитые производители авто, а с момента появленияPrius минуло уже 8 лет, серьезно не занялисьперспективными разработками?
Итак: Audi еще в прошлом году представила прототип A2 наводородном топливе. A2-h3 разгоняется «до сотни» менее чем за 10секунд и развивает скорость 175 км/ч. Без дополнительной заправки автомобильможет преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного двигателя составляет136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell — засчет преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции скислородом. При небыстрой езде А2 работает на обычном двигателе, а для быстрогоразгона задействуется аккумулятор, который постоянно подзаряжается за счетрекуперативного (регенеративного) торможения. Но на данный момент у немецкойкомпании нет намерения запускать автомобиль в серийное производство — A2-h3 былсделан исключительно в исследовательских целях. BMW обещает представить первый серийный гибрид уже через три года. По словамбаварцев, это будет машина седьмой серии с двигателем, работающим на бензине иводороде. Первые образцы «водородных семерок» уже совершили пробныйпробег по нескольким странам Европы, чем вызвали неподдельный интерес состороны прессы. BMW планирует использовать водород в двигателях внутреннего сгорания, а не втопливных камерах, как предлагают делать другие производители. Прототип BMWh3R, оснащенный именно таким двигателем (созданном на базе стандартного12-цилиндрового агрегата от модели 760i), поставил сразу 9 мировых рекордовскорости. Разогнавшись до 302,4 км/ч, он стал самым быстрым среди бензиново-водородныхгибридов. Volkswagen пока делает ставку на экономичныедизельные моторы. Например, экспериментальный Golf с дизелем ивспомогательным электромотором по параметрам расхода топлива и динамике разгонасравним с Prius. Но под капотами «народныхавтомобилей» гибриды найдут место еще не скоро, слишком дорого этообойдется концерну. Ну а пока немцы «исследуют», японцы — производят. Ford, Nissan, Porsche — рассчитывают получить технологии гибридныхустановок у Toyota. GM, Hondaи корейские автопроизводители разрабатываютсобственные «теории гибрида».
Вывод: Гибридные двигатели позволят обеспечить рост производства, и вместе с темотодвинуть проблему истощения земных ресурсов на какое-то время. Также решитсяпроблема загрязнения окружающей среды. Расход топлива самого экономичногогибридного двигателя в мире в плане топлива — 2,8 литра бензина на 100 км.Двигатель соответствует нормам Евро-4 и позволяет ему разгоняться «досотни» за 7,6 с.
www.ronl.ru
