147458 (Принцип работы гибридного автомобиля)

Принцип работы

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.

Что такое гибридный автомобиль

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

Вообще, гибрид – это организм, полученный в результате скрещивания генетически различающихся родительских форм (видов, пород, линий и др.) (от лат. hibrida – помесь).

Генетически различающиеся формы в нашем случае – это двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электромотор. Причем в современной автоселекции гибридизация – это, похоже, единственно возможный вариант их выживания. С одной стороны, цена на нефть берет все новые высоты, что неизбежно приближает закат славной истории ДВС (в том же направлении работают экологические нормативы). С другой – отсутствие способов компактно и долго хранить электрическую энергию ставит под большое сомнение будущее электромобилей в их генетически чистом виде...

Подробно о работе гибридной силовой 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.

Начало движения

Для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор.

-При наборе скорости батарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием.

-Блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля.

-Передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.

Вот характеристики гибридного автомобиля Lexus RХ400h. В основном весь принцип работы гибридной силовой установки показан на примере этого автомобиля.

Бензиновый двигатель

-рабочий объем: 3.3 л

-количество и расположение цилиндров: v6

-мощность: более 150 квт (204 л.с. (din))

Система

-Максимальная мощность: ±200 кВт (270 л.с. (DIN))

-Рабочее напряжение: 650 В

-Напряжение батареи: 288 В

Технический симбиоз

1.Электрическая система кондиционирования: система кондиционирования может работать без участия бензинового двигателя, обеспечивая комфортную температуру в салоне и экономя топливо.

2.Технология электрического управления: повышенное напряжение позволило конструкторам автопроизводителей оборудовать гибридную версию своих автомобилей большим количеством систем электрического питания и управления.

3.система vdim (vehicle dynamics integrated management): новая версия системы курсовой устойчивости vsc (vehicle stability control) действует через электрический контур высокого напряжения, за счет этого сокращается время реакции автомобиля.

4.Бензиновый двигатель;

5.Гибридная трансмиссия;

6.Генератор;

7.Электрический двигатель задних колес;

8.Блок управления силовой системой;

9.Электрических двигатель передних колес;

10.Батарея высокого напряжения.

Движение:

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

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

Разгон:

1.Бензиновый двигатель разгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме.

2.Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.

3.При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор.

4.Генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием.

Торможение:

1.При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.

2.Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.

3.Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме.

Задачи гибридной силовой установки:

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

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

3.Обеспечение автомобиля самой современной системой управления расходом энергии.

4.Снижение массы и размеров компонентов.

"В своем желании создать привод, какого никогда не было раньше, мы отразили ключевые элементы защиты окружающей среды, безопасности и удовольствия от вождения автомобиля. Мы также поняли, что наша новая гибридная система хорошо подходит к автомобилям среднего и большого размера. В итоге получился блестящий пример настоящего прорыва в эволюции автомобильного транспорта".

0. Садаката (0. Sadakata), главный инженер Lexus RХ400h

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. Электрический и бензиновый источники энергии

Термин "гибридный" подразумевает сочетание бензинового и электрического двигателей, которые приводят в движение RX400h. Эти два источника энергии прекрасно дополняют друг друга. Электродвигатели моментально обеспечивают дополнительную мощность, не расходуя топливо и не загрязняя окружающую среду. Бензиновый двигатель позволяет развить высокую скорость на уровне современных автомобилей.

Работа в системе позволяет каждому источнику энергии работать в оптимальном режиме, обеспечивая автомобилю прекрасные ходовые качества и топливную экономичность. Восстановление энергии

Один из источников экономии – снижение потребляемой энергии. Однако гибридные технологии Lexus позволяют возвращать энергию, которая в обычных условиях теряется безвозвратно. В частности, при торможении электродвигатели действуют как генераторы, и с подачи блока управления силовой установкой энергия движения "перекачивается" обратно в батарею высокого напряжения.

Большая производительность благодаря двум источникам энергии

Гибридная силовая установка использует в своей работе два источника энергии: 6-цилиндровый бензиновый двигатель, соединенный с генератором, и электромотор, обладающий большим крутящим моментом.

Высокопроизводительный двигатель

В качестве основного источника энергии в гибридной силовой установке используется самый современный двигатель внутреннего сгорания. Сложная компьютерная система осуществляет непрерывное изменение забора воздуха в целях обеспечения оптимальных условий работы двигателя. Это не только обеспечивает двигателю дополнительную мощность, но и способствует значительной экономии топлива и уменьшению выбросов выхлопных газов. При этом не увеличивается уровень шума и не возникает никаких вибраций. Все, что чувствует водитель, – это чутко реагирующий на команды двигатель.

Высоковольтный мотор

Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный с бензиновым двигателем V6, 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.

Гибридная технология

Немного подробнее о принципах работы гибридной силовой установки.

1. Начало движения

При трогании с места и движении на малых скоростях используются лишь электромоторы.

2. Нормальный режим движения

На трассе двигатель и электромотор работают вместе; мощность двигателя делится между колесами и электрогенератором, который приводит в движение электромотор. Распределение мощности корректируется для обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор подзаряжает батарею за счет избыточной мощности двигателя.

3. Разгон

Батарея дает энергию, дополняющую мощность двигателя; двигатель и электромоторы обеспечивают плавный разгон.

4. Торможение

При торможении электромоторы работают как генераторы. Они преобразуют кинетическую энергию в электрическую, накапливающуюся в батарее.

5. Остановка

При остановке двигатель автоматически выключается для экономии топлива и обеспечения максимальной эффективности.

6. Начало движения

Работают только электромоторы.

Устройство распределения электроэнергии

Сердцем устройства распределения энергии является компактный механизм планетарной передачи. Этот планетарный механизм управляет процессом взаимодействия бензинового двигателя, электромотора и генератора. Механизм планетарной передачи объединяет двигатель, электрогенератор и электромотор. По своему весу он легче и имеет намного меньше движущихся частей, чем стандартные 5- или 6-ступенчатые автоматические коробки передач, применяемые в настоящее время в большинстве автомобилей класса "люкс".

Все это снижает потери на трение и обеспечивает более тихую работу, а также более длительный срок службы автомобиля.

Энергетический центр

Гибридный "энергетический центр" является уникальной системой, которая создает и управляет запасом электрической энергии, хранящейся в высокотехнологичной батарее. Процесс производства и управления расходом электроэнергии интегрирован в батарее. Ключевыми компонентами энергетического центра являются:

– мощная высокопроизводительная батарея;

– блок управления энергией;

– полупроводниковое коммутационное устройство;

– регенеративная тормозная система.

Мощная батарея

Для обеспечения энергией электромоторов и электрических систем автомобиля гибридная силовая установка использует в своей работе высокопроизводительную никель-металл-гидридную батарею.

Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения

Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения применяются для управления потоком энергии между генератором, батареей и электромотором. В то время как генератор и электромотор являются устройствами переменного тока, батарея представляет собой устройство постоянного тока. Кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также величине входного напряжения электромотора. Поэтому эти устройства осуществляют преобразование электроэнергии согласно потребностям системы.