CC BY
80Таврический научный обозреватель шшшЛауг.заепсе
УДК 629.331
Еровенко В.Н
К.п.н, доцент, Южный федеральный университет
Науменко С.М.
Студент 3 курса, Южный федеральный университет ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ
В работе проанализированы первоначальные сведения о современных гибридных автомобилях. Кратко изложена история развития электромобиля и гибридного электромобиля, Рассмотрены проблемы эксплуатации автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, принцип действия и анализ конструкций различных гибридов (пневмо, гидравлических, маховичных) и наконец, гибридов в качестве накопителя энергии использующих аккумуляторную батарею.
Ключевые слова: Окружающая среда, гибридный автомобиль, накопители энергии, планетарный механизм, инвертор, блок управления энергией, рекуперативная тормозная система.
На современном этапе развития экономики России, автомобильный транспорт, как и в большинстве развитых стран, играет важную роль в обеспечении экономического роста и процветания государства. Автомобильный транспорт является одной из важнейших составляющих транспортного обеспечения безопасности страны. В то же время развитие автомобильного транспорта сталкивается с проблемами, требующими комплексного решения.
Начало второй половины XX столетия ознаменовалось интенсивным процессом автомобилизации общества. Развитие автомобильного транспорта предопределило две четко выраженные и противоречивые тенденции:
- первая, достигнутый уровень автомобилизации, отражая технико-экономический потенциал развития общества, способствовал удовлетворению социальных потребностей населения;
- вторая, обусловила увеличение масштаба негативного воздействия на окружающую среду, приводя к нарушению экологического равновесия на уровне биосферных процессов.
Имея возможности для модернизации двигателей внутреннего сгорания (ДВС), человечество не поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. Потребитель мечтает о мощном и экономичном моторе, экологи, ужесточают нормы токсичности. Сегодня можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому серийные модели с гибридными силовыми установками.
Удивительно, но самым первым автомобилем на Земле был электромобиль, ведущие колеса его получали привод от электромотора и электрической батареи, и появился он в Англии в 1838 году. Но есть и еще конкурент, гибридный автомобиль, который представлял собой пару ДВС — электродвигатель и изобретен он был Фердинандом Порше.
Автомобиль Порше не имел аналогов в Мире, электромоторы автомобиля, их было два, располагались в ступицах передних ведущих колес, питались током аккумулятора, который заряжался от генератора, а энергию для него вырабатывал бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Так была изобретена гибридная силовая установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторов и электродвигателей. Летом 1900 года машина «Лонер-Порше» взяла Гран-при Парижской выставки.
Принцип работы современного гибридного двигателя мало чем отличается от аналогов того времени.
Сегодня имеются различные варианты «гибридного» автомобиля:
Таврический научный обозреватель
www.tavr.science
многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией и работают на чрезвычайно высоких степенях сжатия;
гибридные автомобили с маховично- вариаторным накопителем энергии двигатель использовался только на оптимальном, по расходу топлива и экологичности режиме и выработанная им при этом энергия запасалась в накопителе и параллельно шла на движение автомобиля[3];
- механические бесступенчатые передачи — вариаторы, в последнее время находят себе все большее применение на автомобилях. На наш взгляд, в этом качестве перспективны планетарные дисковые вариаторы, имеющие большую долговечность, КПД на высших передачах, простоту и компактность;
гибриды с ДВС, электродвигателем и электроаккумуляторами; агрегат с маховичным накопителем и электромеханическим приводом.
оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и испытала фирма "BMW" (Германия)[1]. Несомненным преимуществом данного технического решения является наличие только одной электромашины, что снижает массу и приближает его к автомобильным схемам;
гибридные установки с пневматическим аккумулятором в виде ресивера-накопителя воздуха другим способом аккумулирования энергии может служить пневматический аккумулятор в виде ресивера-накопителя воздуха высокого давления. Эффективным способом применения накопленного сжатого воздуха является использование его в системе наддува ДВС. В такой конструктивной схеме возможно аккумулирование энергии сжатого воздуха в ресивере[4].
Гибридный автомобиль сегодня
Сегодня производителям удалось обеспечить автомобиль самой современной системой управления расходом энергии, механизмом рекуперации, оптимизировать связи, сделать батареи легче и эффективнее, а электромоторы мощнее, так же нашли отражение ключевые элементы защиты окружающей среды, безопасности и удовольствия от вождения автомобиля[5].
Существуют различные силовые установки: последовательная, парарелльная и параллельно — последовательная схемы[2].
Параллельно — последовательная схема
Объединяет в себе две предыдущие. Здесь, в зависимости от условий движения, используется тяга электромотора или ДВС
Устройством, управляющим процессом взаимодействия (распределением энергии) бензинового двигателя, электромотора и генератора является хорошо известный
Таврический научный обозреватель www.tavr.science
специалистам планетарный механизм. Кроме того, есть так называемый энергетический центр — система, управляющая созданием и распределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее. Основные компоненты энергетического центра: мощная высоковольтная батарея (NiMH), блок управления энергией, полупроводниковое коммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная система.
Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и электромоторами. Данные устройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии с потребностями системы. Инвертор — блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторной батареи, в переменный, используемый для питания электромоторов.
Преимуществом гибридной установки являются:
- экономная эксплуатация. Чтобы достичь её, необходимо было уравновесить все технические показатели машины, сохранив полезные параметры обычного автомобиля: мощность, скорость, способность к быстрому разгону;
- способность накапливать кинетическую энергию, и не терять её во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи (рекуперация);
- полная остановка ДВС и возможность движения только на электродвигателях;
- большой пробег на одной заправке;
- малый вес и объем источника энергии (топливный бак и аккумуляторная батарея);
- максимальный момент доступный при 0 об/мин;
- работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
- высокий средний коэффициент полезного действия;
- снижение объема и мощности двигателя;
- меньший износ тормозных колодок.
Главное преимущество гибридного автомобиля — экономичная эксплуатация. Экономия достигается снижением объема и мощности двигателя, работой двигателя в равномерном и оптимальном режиме.
Литература
1. Electric & hybrid vehicle technology' 95. The international review of electric and hybrid vehicle design and development. UK & International press. — 1995. — 304с.
2. http://www.n-t.org/
3. Гулиа Н.В. Накопители энергии. — М.: Наука, 1980. — 150с.
4. Отрохов В.П., Гулиа Н.В., Петракова Е.А., Юрков С.А. Бесступенчатая коробка передач для ЗиЛ-5301 // Автомобильная промышленность. — 1998. — №7.
5. Садаката (0. Sadakata), главный инженер Lexus RX400h
