Гибридная установка

Содержание.

Введение……………………………………………………………………………….3

Преимущества…………………………………………………………………………4

Недостатки…………………………………………………………………………….6

Устройство и принцип  работы гибридной установки……………………………..7

Обслуживание гибридных  автомобилей…………………………………………..13

Заключение…………………………………………………………………………..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В последние годы на дорогах  появляется все больше автомобилей с гибридным двигателем и это вполне объяснимо, ведь для городского образа жизни такой автомобиль подходит как нельзя лучше. При перемещении по городу такой автомобиль потребляет всего 4-5 литров на 100 км, что значительно меньше, чем у бензиновых аналогов. Такая экономия достигается за счет возможности не использовать основной двигатель (ДВС) при перемещении по пробкам, или с частыми остановками и стартами между светофорами – автомобиль движется за счет энергии батареи. Экономия топлива это не единственный плюс гибридного двигателя, помимо этого он более экологичен и производит меньше шума при движении.

Первым автомобилем с  гибридным приводом считается Lohner-Porsche. Автомобиль был разработан конструктором  Фердинандом Порше в 1900 - 1901 годах.                                                     В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.            В 1980 году компания Volvo проводила эксперименты с маховиком, разгоняемым дизельным двигателем и используемым для рекуперации тормозной энергии. Впоследствии от этого проекта отказались в пользу гидравлических аккумуляторов.

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

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

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества

Экономная эксплуатация

Главным преимуществом является экономная эксплуатация. Чтобы достичь  её, необходимо было искать баланс, то есть уравновесить все технические  показатели машины, но при этом сохранить  все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных  автомобилях. Мало того, способность  накапливать энергию, в том числе  и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые  побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.

Как была достигнута экономия:

снижением объёма и мощности двигателя;

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

полная остановка  работы двигателя, когда это необходимо;

возможность движения только на электродвигателях;

рекуперативное  торможение с зарядкой аккумулятора.

Экологическая чистота

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

Хорошие ходовые  характеристики

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

Увеличение дальности  пробега

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

Сохранение и  повторное использование энергии

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

 

 

Обычная заправка топливом

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

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

В городском цикле эксплуатации гибридный автомобиль 80 % времени  работает в режиме электромобиля. В  феврале 2006 года автолюбители из США  смогли взломать электронную систему  управления Toyota Prius, и научились принудительно  переключать автомобиль в режим  электромобиля. Французская компания PSA Peugeot Citroen к 2010 году начнет серийное производство гибридных версий Peugeot 307 и Citroen C4. В  автомобилях предусмотрен режим  электромобиля на скоростях менее 50 км/ч. Водитель может по желанию  включать режим электромобиля.

 

Недостатки

Высокая сложность

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

Далеко не все крупные  автопроизводители смогли создать  собственную гибридную систему. Компания Porsche отказалась от попыток  самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей. Наиболее удачная на сегодня (2008) серийная разработка — Hybrid Synergy Drive (произносится [ха́йбрид си́неджи драйв]) компании Toyota.

Отсутствие трансмиссий

Наиболее перспективные, механические, гибриды не могут на данном этапе составить конкуренцию  электрическим гибридам. Основной проблемой  является невозможность создания адаптивных трансмиссий, способных работать в  широком диапазоне передаточных отношений (более 20).

 

 

 

Утилизация аккумуляторов

Хоть и в меньшей  степени, чем электромобили, гибридные  автомобили подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых  аккумуляторов на окружающую среду оказывает пагубное поздействие.

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство и  принцип работы гибридной установки.

Гибридная силовая установка (на примере автомобиля Lexus RХ400h) сочетает в себе современный двигатель  внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной  системой. Гибридная силовая установка  управляет расходом энергии в  зависимости от условий движения автомобиля.

1. Бензиновый двигатель  2. Гибридная трансмиссия 3. Генератор  4. Электрический двигатель задних  колес 5. Блок управления силовой  системой 6. Электрических двигатель  передних колес 7. Батарея высокого  напряжения 

Начало движения

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

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

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

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

Движение

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

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 автомобиль. 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:  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.