Гибридные автомобили

Министерство образования и  науки, молодежи и спорта Украины

Севастопольский национальный технический  университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему: «Гибридные автомобили»

По дисциплине: «Альтернативные энергоустановки  автомобилей»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Ст. гр. АВ-32д

Иванисов В.В

Проверил:

Остренко А.Г

 

 

Севастополь 2013 

Введение

Во все времена и  у всех народов транспорт играл  важную роль. На современном этапе  значение его неизмеримо выросло. Сегодня  существование любого государства  немыслимо без мощного транспорта.

Мировая автомобильная промышленность остро ощущает давление двух современных  тенденций – постоянно растет стоимость топлива и ужесточаются экологические требования к отработавшим газам двигателей. Эти мощные тренды породили безостановочный рост цен на нефть и надвигающуюся угрозу изменения климата планеты, то есть глобального потепления. В этой связи все автопроизводители, начали активно искать решение экологических и экономических проблем –как сделать эффективное транспортное средство, которое в идеале не сжигало бы дорогое ископаемое топливо и, следовательно, не загрязняло окружающую среду.

 

В большинстве видов транспорта работает тот или иной двигатель, и на сегодняшний день в большинстве  случаев это либо дизель, либо двигатель  внутреннего сгорания, либо электродвигатель, либо турбореактивный двигатель. Электродвигатель по своим характеристикам лучше  многих других приводов, в частности  он более устойчив к переменным нагрузкам, не требует сложных систем передачи, КПД двигателя значительно выше (поскольку в нем меньше механически  двигающихся частей, соответственно ниже процент механического износа), кроме того электродвигатель более  дешевый по сравнению со своими собратьями. Итак, с одной стороны электродвигатель – просто находка, но есть одно НО! В  пределах автомобиля электричество - крайне дорогой источник энергии. Поэтому  решение только одно, сделать электродвигатель не основным, а вспомогательным элементом, именно этот вывод и положил начало производства гибридов разных категорий  и обращение к альтернативным видам топлива. Альтернативное топливо  содержит водородсодержащее сырье, то есть на выхлопе образуется просто вода, существуют автомобили на метиловом  спирте, природном газе, бензине  и дизельном топливе.

 

1.История разработок

Главной причиной начала производства гибридных автомобилей стал спрос  потребителей на подобные автотранспортные средства, вызванный высокими ценами на топливо и постоянным повышением требований к экологичности машин.

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.

Первым автопроизводителем легкового гибридомобиля стала японская корпорация Toyota – она начала это направление с 1997 года.

При создании гибридного коммерческого  автомобиля конструкторам пришлось искать непростые решения, чтобы  сохранить параметры обычного грузовика: мощность, скорость, приемистость, грузоподъемность и полезный объем. Их реализация стала возможна только в современных условиях высокотехнологичного производства с применением мощных бортовых компьютеров. Первый гибридный дизель-электрический легкий армейский грузовик выпустила корпорация GM в 2003 году. Годом позже в Европе появился гибридный Mercedes-Benz (Sprinter). В том же в 2004-м американские корпорации International Truck and Engine Corp. и Eaton Corp. выпустили совместно коммунальный грузовик с гибридным приводом. Первым японским коммерческим гибридом в середине 2005 года стал Isuzu Elf Diesel Hybrid Truck.

FedEx - первая транспортная компания, решившаяся на эксперимент по массовому внедрению гибридных двигателей. Для начала было закуплено 20 грузовиков с дизельно-электрическими двигателями, которые начали работать в нескольких городах на территории США. Эксперимент продлился до конца 2004 года и в случае, результаты эксперимента были оценены специалистами как удачные, и компания приняла решение в последующие 10 лет заменить в своем автопарке более 30 тысяч среднетоннажных грузовиков. Такие грузовики будут оборудованы новым гибридным дизельно-электрическим двигателем OptiFleet E700, разработанным компанией Eaton. Такой двигатель уменьшает расход топлива на 50% и снижает выбросы CO2 в атмосферу на 75%. Правда, гибридные грузовики будут немного дороже обычных главным образом из-за стоимости аккумулятора.

 

2.Принцип работы гибридного привода

Гибридный автомобиль – это  транспортное средство, оснащенное современным экологически чистым дизельным или бензиновым двигателем, электродвигателем-генератором небольшой мощности, автоматизированной коробкой передач и достаточно большим блоком аккумуляторных батарей. Такой набор узлов присущ только автомобилю с параллельной электрогибридной силовой установкой. Это означает, что транспортное средство может приводиться в действие отдельно от автомобильного ДВС или от одного электродвигателя, или от обеих силовых установок одновременно . Уже давно разработан и производится последовательный электрогибридный привод, то есть когда двигатель соединяется с электрогенератором, а вместо механической коробки передач и системы карданных валов используются электрические провода и мотор-колеса. Эта идея реализована в конструкциях железнодорожных локомотивов и большегрузных карьерных самосвалов. Применение последовательной гибридной схемы обусловлено огромными сложностями при передаче механическим путем очень большого крутящего момента на приводные колеса мощного транспортного средства .

Схема работы автомобиля с  параллельным гибридным приводом аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь из-за включения в нее очень высокотехнологичного узла – электродвигателя с функцией генератора, который монтируют между сцеплением и автоматизированной коробкой передач, а также наличия блока аккумуляторных батарей, но в отличие от электромобиля меньшей емкости и, следовательно, более легких.

Электроника без участия  водителя включает электродвигатель либо ДВС, либо обе установки в зависимости  от вида движения. В момент начала движения и ускорения дизель и электродвигатель одновременно разгоняют транспортное средство. Во время хода автомобиля с эксплуатационной скоростью его приводит в движение только дизельный или электродвигатель. Благодаря использованию автоматической коробки передач в автомобиле отсутствует педаль сцепления. Трансмиссия плавно переключает передачи, а значит водитель меньше устает и повышается безопасность движения. При торможении электродвигатель переключается в режим генератора и преобразует в электричество энергию вращения ведущих колес. Во время остановки в транспортном потоке бортовой компьютер гибридомобиля своевременно отключит ДВС, а после начала движения не станет его запускать, если не потребуется полная мощность, то есть поездка продолжится на одном электродвигателе, который начнет потреблять энергию из аккумуляторных батарей. Важно отметить, что у «параллельных» по сравнению с последовательными гибридами двигатель внутреннего сгорания работает в самом экономичном режиме и не так часто на пиковой мощности, особенно при движении по городу, тогда как в последовательных гибридах транспортное средство всегда приводится в действие с помощью электротрансмиссии. То есть ДВС постоянно работает на максимальной мощности для преобразования кинетической энергии вращения двигателя в электрическую.

 

3.Типы гибридного транспорта

Гибридный автомобиль

Это автомобиль, использующий для привода ведущих колес  разнородную энергию. Современными автопроизводителями используется схема, позволяющая совмещать тягу ДВС и электродвигателя. Это позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, что повышает топливную эффективность силовой установки. Нередко силовые установки с электромеханической трансмиссией (например, Ё-мобиль, Тепловоз, некоторые трактора и танки) ошибочно называют гибридными, что в сущности ошибочно.

Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, паркетных внедорожников серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса – Lexus LS 600h.

По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона только модели Prius. Технологию гибридного привода Toyota HSD лицензировали Ford (Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Массовое производство гибридных  автомобилей сдерживается дефицитом никель-металл-гидридных аккумуляторов.

В 2006 году в Японии было продано 90410 гибридных автомобилей, что на 47,6 % больше, чем в 2005 году.

В 2007 году продажи гибридных  автомобилей в США выросли  на 38 % в сравнении с 2006 годом. Гибридные автомобили в США занимают 2,15 % рынка новых легковых автомобилей. Всего за 2007 год в США было продано около 350000 гибридных автомобилей (без учёта продаж корпорации GM).

Всего с 1999 года до конца 2007 года в США было продано 1 002 000 гибридных  автомобилей.

Гибридный автобус

Наибольшее распространение  гибридные автобусы получили в Северной Америке. General Motors с 2004 года к июню 2008 года поставил более чем в 30 городов США и Канады 1000 гибридных автобусов. Компания Orion Bus Industries к сентябрю 2009 года произвела 2200 гибридных автобусов. Первые шесть гибридных автобусов в Лондоне начали эксплуатироваться в начале 2006 года First Automotive Works начала производство гибридных автобусов осенью 2005 года.

 

4.Преимущества и недостатки

Преимущества

Главным преимуществом является экономная эксплуатация.

Очень актуально сегодня  уменьшение вредных выбросов с отработавшими  газами, что стало прямым следствием снижения расхода топлива у гибридомобилей. А при работе на электроприводе эмиссия вообще нулевая, это имеет неоценимое значение для больших городов, в том числе в России. Как показывает опыт эксплуатации, в городе гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. Наличие двигателей двух типов позволяет отказаться от установки одного мощного двигателя, рассчитанного исходя из пиковых нагрузок эксплуатации транспортного средства. Когда гибридомобилю потребуется максимальная мощность, в работу одновременно включаются ДВС и электромотор. Это позволяет установить менее мощный ДВС, работающий большую часть времени в экономичном режиме. Снижение расхода углеводородного топлива немедленно сказалось на экологической чистоте.

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.

Сокращение числа заездов  на АЗС благодаря меньшему расходу  топлива позволяет сэкономить около  трети рабочего времени. И последнее, пусть и небольшое преимущество гибридомобиля – это заправка углеводородным топливом. У электротранспортных средств остается один существенный недостаток – необходимость длительного заряда аккумуляторов. Процесс этот долгий, и к тому же требует специ-ально подготовленного пункта зарядки. Электромобиль пока непригоден для длительных междугородных поездок. У гибридного автомобиля этого недостатка нет.

Недостатки

Гибридные автомобили имеют  относительно больший вес, они сложнее  и дороже традиционных автомобилей  с двигателями внутреннего сгорания.

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 отношенй.

Также существуют опасения, что в будущем нас ожидает  дефицит редких материалов, используемых при производстве гибридомобилей. На-пример, редкоземельный элемент диспрозий, который применяют при производстве высокотехнологичных электрогенераторных узлов. Надо сказать, что 95% мировых запасов редкоземельных материалов добывают сегодня в Китае, и у аналитиков возникают опасения, что внутри-китайское потребление этих элементов к 2012 г. сравняется с существующим объемом добычи.